KR20220052983A - Heating, ventilation and air conditioning systems based on micro coolers - Google Patents

Heating, ventilation and air conditioning systems based on micro coolers Download PDF

Info

Publication number
KR20220052983A
KR20220052983A KR1020227009852A KR20227009852A KR20220052983A KR 20220052983 A KR20220052983 A KR 20220052983A KR 1020227009852 A KR1020227009852 A KR 1020227009852A KR 20227009852 A KR20227009852 A KR 20227009852A KR 20220052983 A KR20220052983 A KR 20220052983A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
building
space
loop
temperature
water
Prior art date
Application number
KR1020227009852A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
로널드 데이비드 콘리
Original Assignee
피노크 매니지먼트 피티와이 엘티디
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 피노크 매니지먼트 피티와이 엘티디 filed Critical 피노크 매니지먼트 피티와이 엘티디
Publication of KR20220052983A publication Critical patent/KR20220052983A/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/06Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units
    • F24F3/08Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units with separate supply and return lines for hot and cold heat-exchange fluids i.e. so-called "4-conduit" system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/06Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1927Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors
    • G05D23/1928Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperature of one space
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/30Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/70Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • F24F11/84Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers using valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/06Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units
    • F24F3/065Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units with a plurality of evaporators or condensers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/02Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1917Control of temperature characterised by the use of electric means using digital means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2203/00Devices or apparatus used for air treatment
    • F24F2203/02System or Device comprising a heat pump as a subsystem, e.g. combined with humidification/dehumidification, heating, natural energy or with hybrid system
    • F24F2203/021Compression cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/003Indoor unit with water as a heat sink or heat source
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/004Outdoor unit with water as a heat sink or heat source
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/023Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units
    • F25B2313/0231Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units with simultaneous cooling and heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/023Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units
    • F25B2313/0233Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units in parallel arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04Details of condensers
    • F25B2339/047Water-cooled condensers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/06Several compression cycles arranged in parallel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

1차 물 루프가 난방 및 냉방을 위한 열 전달 저장소로서 사용되는 난방, 환기, 및 공조 시스템. 복수의 마이크로 냉각기들이 제공되는데, 각 마이크로 냉각기는 1차 물 루프에 연결된다. 각 마이크로 냉각기는 그 자체의 열기관을 포함한다. 각 마이크로 냉각기는 마이크로 냉각기와 건물 내의 공기 사이에서 열을 교환하는 하나 또는 그 이상의 팬 제어 유닛들을 포함한다. 제1 모드에서 마이크로 냉각기는 건물 내의 공기로부터 1차 물 루프 내에서 순환하는 물로 열을 전달한다. 제2 모드에서 마이크로 냉각기는 1차 물 루프 내에서 순환하는 물로부터 건물 내의 공기로 열을 전달한다. 1차 물 루프 조절 시스템은 1차 물 루프에서 순환하는 물의 온도를 제어하기 위해 제공된다.A heating, ventilation, and air conditioning system in which a primary water loop is used as a heat transfer reservoir for heating and cooling. A plurality of micro-coolers are provided, each micro-cooler connected to a primary water loop. Each microcooler contains its own heat engine. Each micro-cooler includes one or more fan control units that exchange heat between the micro-cooler and the air within the building. In a first mode, the microcooler transfers heat from the air in the building to the water circulating in the primary water loop. In a second mode, the microcooler transfers heat from the water circulating in the primary water loop to the air in the building. A primary water loop conditioning system is provided to control the temperature of the water circulating in the primary water loop.

Description

마이크로 냉각기에 기반한 난방, 환기, 공조 시스템Heating, ventilation and air conditioning systems based on micro coolers

이 비-임시적인 특허 출원은 이전에 출원된 가출원의 우선의 이익을 주장한다. 이 가출원은 동일한 발명자를 열거한다. 이것은 2019년 8월 26일에 출원되었고 제 61/891,581호가 할당되었다. This non-provisional patent application claims priority over the previously filed provisional application. This provisional application lists the same inventor. It was filed on August 26, 2019 and assigned No. 61/891,581.

본 발명은 난방, 환기, 및 공조 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은, 중앙집중식 냉난방 시설 대신 지역적인 마이크로 냉각기들이 사용되는 신규한 시스템을 포함한다. The present invention relates to the fields of heating, ventilation, and air conditioning. More particularly, the present invention includes a novel system in which local micro-coolers are used instead of a centralized heating and cooling facility.

본 발명은 다양한 크기들 및 구성들의 건물들에 사용될 수 있다. 상업용 구조들에는 일반적인 적용이 될 것이고 이러한 건물들에 사용되는 기존 시스템들에 대한 간략한 설명이 독자의 이해에 도움이 될 것이다. 독자는 다양한 타입들의 시스템들이 현재 사용되고 있음에 유념해야 한다. 이하의 설명은 단지 하나의 예시적인 종래 시스템에 관한 것이다. 하지만, 이것은 종래 기술의 기본 이해로서, 적절하게 역할을 할 것이고 또한 독자가 본 발명의 장점들을 이해하는 데 도움을 줄 것이다. The present invention can be used in buildings of various sizes and configurations. It will be of general application to commercial structures and a brief description of the existing systems used in these buildings will aid the reader's understanding. The reader should note that various types of systems are currently in use. The description below relates to only one exemplary prior art system. However, it will suitably serve as a basic understanding of the prior art and will also help the reader understand the advantages of the present invention.

도 1은 다층 건물(10)을 도시한다. 난방, 환기, 및 공조(Heating, Ventilation, and Air-Conditioning, "HVAC")는 대규모 중앙집중식 유닛들에 의해 제공된다. 냉각기 시설(14) 및 온수 시설(16)은 지붕, 또는 지하의 대형 설비 공간들에 위치된다. 냉각기 시설은 필요에 따라 냉방을 제공하기 위해 물을 냉각시켜 건물 전체로 순환시킨다. 열은 지붕 위에 위치되는 - 냉각 타워(24)를 거쳐 냉각기 시설로부터 배출된다. 냉각된 물은 냉수 루프를 통해 순환된다(도 1에는 미도시). 1 shows a multi-storey building 10 . Heating, Ventilation, and Air-Conditioning (“HVAC”) are provided by large centralized units. The chiller facility 14 and the hot water facility 16 are located on the roof, or in large facility spaces underground. The chiller facility cools the water and circulates it throughout the building to provide cooling as needed. Heat is discharged from the chiller installation via a cooling tower 24 - located above the roof. The cooled water is circulated through a cold water loop (not shown in FIG. 1 ).

온수 시설(16)은 물을 가열해서 온수 루프로 건물 전체로 순환시킨다. 온수 루프는 냉수 루프와 분리되어 있다. 각 층(12)은 하나 또는 그 이상의 공기 조절기들(18)을 포함한다. 공기 덕트 시스템(20)은 각 공기 조절기(18)로부터 연장된다. 냉수는 냉수 루프를 통해 각 공기 조절기(18)로 제공되고 온수는 온수 루프를 통해 각 공기 조절기로 제공된다. 일부 시스템들에 있어서 온수와 냉수는 공기 조절기 내부에서 또는 그 근처에서 혼합된다. 다른 시스템들에 있어서 별도의 온수 코일 및 냉수 코일이 각 공기 조절기 내부에 제공되고 온수 및 냉수 공급들은 분리된 채 유지된다. The hot water facility 16 heats the water and circulates it throughout the building in a hot water loop. The hot water loop is separate from the cold water loop. Each layer 12 includes one or more air conditioners 18 . An air duct system 20 extends from each air conditioner 18 . Cold water is provided to each air conditioner 18 through a cold water loop and hot water is provided to each air conditioner through a hot water loop. In some systems, hot and cold water are mixed inside or near an air conditioner. In other systems separate hot and cold water coils are provided inside each air conditioner and the hot and cold water supplies remain separate.

도 1의 예에 있어서 온수 및 냉수 루프들에 필요한 온도들은 가능한 최대 냉각 및 가열 부하들에 의해 지시된다. 일 예로서, 냉수 루프는 충분히 차가워서 어떠한 공기 조절기에 필요한 최대 냉방도 충족될 수 있다. 대형 상업용 건물들에 있어서 대략 7℃ (45 ℉)까지 냉수 루프의 물을 냉각시키는 것은 일반적이다. 이것은 건물 내 공기 조절기 중 하나에서 발생할 수 있는 피크 수요에 대한 적절한 냉방 성능을 제공한다. 피크 수요는 매우 드물게 발생하고, 이러한 저온에서의 냉수 루프의 유지는 종래 시스템의 전체 효율을 크게 저하시킨다. The temperatures required for the hot and cold water loops in the example of FIG. 1 are dictated by the maximum possible cooling and heating loads. As an example, the cold water loop may be sufficiently cold to meet the maximum cooling required of any air conditioner. In large commercial buildings it is common to cool the water in the chilled water loop to approximately 7°C (45°F). This provides adequate cooling performance for the peak demand that may arise from one of the air conditioners in the building. Peak demand occurs very rarely, and maintaining the cold water loop at such a low temperature greatly reduces the overall efficiency of conventional systems.

온수 루프의 물은 대략 50 내지 60 ℃(122 내지 140 ℉)에서 통상적으로 유지된다. 이 온도는 어느 하나의 공기 조절기에서의 피크 난방을 위한 적절한 성능을 제공한다. 냉수 루프에 있어서, 피크 수요는 드물게 발생하고 이렇게 상승된 온도에서의 온수의 유지는 비효율을 가져온다. The water in the hot water loop is typically maintained at approximately 50 to 60 °C (122 to 140 °F). This temperature provides adequate performance for peak heating in either air conditioner. For cold water loops, peak demand is rare and maintaining hot water at such elevated temperatures is inefficient.

도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 종래 시스템에 관련된 추가적인 상세사항들을 제공한다. 도 2는 냉각기 시설, 냉각 타워, 및 냉수 루프의 예시적인 일 구성을 보여준다. 냉각기 시설들에 사용되는 다양한 열기관 사이클들이 있다. 도 2의 예에서는, 압축기-기반의 사이클이 사용된다. 냉각기 시설(14)은 통상 증기-압축 냉각 시스템이다. 입력 파워(34)는 압축기 및 제어 부품들에 전기를 공급한다. 냉각기 시설 내부의 열기관은 냉수 루프(28)에서 순환하는 물을 냉각시키고 또한 냉각 타워 회로(32) 내에서 순환하는 물을 가열한다. 2-4 provide additional details related to the prior art system shown in FIG. 1 . 2 shows one exemplary configuration of a chiller facility, a cooling tower, and a chilled water loop. There are various heat engine cycles used in chiller installations. In the example of Figure 2, a compressor-based cycle is used. The cooler facility 14 is typically a vapor-compression cooling system. Input power 34 provides electricity to the compressor and control components. A heat engine inside the chiller facility cools the water circulating in the chilled water loop 28 and also heats the water circulating in the cooling tower circuit 32 .

순환 펌프(26)는 공기 조절기들(18)을 통해 냉수 루프(28) 내에서 물을 이동시킨다. 냉방이 필요하면, 특정 공기 조절기를 통한 냉수 흐름이 활성화되고 공기 조절기 내부의 팬이 냉수가 펌핑되는 열 교환기("코일") 상으로 공기를 이동시킨다. 이 상호작용은 공기를 냉각시키고 냉각된 공기는 그후 부착된 공기 덕트 시스템을 통해 순환된다. 흐름 제어 밸브들이 특정 공기 조절기를 통해 냉수의 흐름을 제어하는 데 사용된다. 이 밸브들은 도 2에 도시되어 있지 않다. A circulation pump 26 moves water in the cold water loop 28 through air conditioners 18 . When cooling is required, cold water flow through a specific air conditioner is activated and a fan inside the air conditioner moves the air over a heat exchanger (“coil”) where the cold water is pumped. This interaction cools the air, which is then circulated through the attached air duct system. Flow control valves are used to control the flow of cold water through a specific air regulator. These valves are not shown in FIG. 2 .

펌프(30)는 냉각 타워 회로(32) 내의 가열된 물을 - 이 예에 있어서는 지붕 위에 장착된 - 냉각 타워(24)까지 이송한다. 냉각 타워는 개루프 증발형 또는 폐루프형일 수 있다. 어느 경우에서든, 냉각 타워 회로(32) 내의 물에 의해 전달되는 열은 냉각 타워를 통해 유인되는 공기로 전달된다. 냉각된 물은 그후 냉각기 시설(14)로 다시 이동한다. A pump 30 delivers the heated water in the cooling tower circuit 32 to the cooling tower 24 , in this example mounted on a roof. The cooling tower may be of an open-loop evaporative or closed-loop type. In either case, the heat transferred by the water in the cooling tower circuit 32 is transferred to the air drawn through the cooling tower. The cooled water then flows back to the cooler facility 14 .

도 3은 예시적인 온수 루프(40)의 일 예를 보여준다. 온수 시설(16)은 종종 "보일러"라고 지칭되지만 이 예에 있어서 온수는 열 매체로서 순환된다(일부 시스템들은 증기를 이용함). 도시된 예에 있어서, 천연 가스가 가스 입구(36)를 통해 시설로 공급되고 배출 가스들은 연통(38)에 의해 멀리 운반된다. 천연 가스는 온수 루프(40)를 순환하는 물을 가열하기 위해 연소된다. 순환 펌프(27)는 건물 전체로 가열된 물을 순환시킨다. 3 shows an example of an exemplary hot water loop 40 . Hot water facility 16 is often referred to as a “boiler” but in this example hot water is circulated as a heat medium (some systems use steam). In the example shown, natural gas is supplied to the facility via a gas inlet 36 and the exhaust gases are carried away by a flue 38 . Natural gas is combusted to heat the water circulating in the hot water loop 40 . The circulation pump 27 circulates the heated water throughout the building.

이 예에 있어서, 공기 조절기(18) 각각은 필요에 따라 온수를 수신할 수 있다. 흐름 제어 밸브들은 특정 공기 조절기를 통한 온수의 흐름을 제어하는 데 사용된다. 냉수 예이기 때문에, 이 밸브들은 도 3에 도시되지 않았다. 일부 시스템들은 온수 및 냉수의 흐름이 공기 조절기 각각을 통해 별개로 조정될 수 있다. 다른 시스템들은 단지 흐름을 켜거나(on) 또는 끄고(off), 또한 팬 속도 및 또는 물 흐름의 "거류(dwell)"을 조정하는 것에 의해 열 전달을 조절한다. In this example, each of the air conditioners 18 may receive hot water as needed. Flow control valves are used to control the flow of hot water through a specific air regulator. As this is a cold water example, these valves are not shown in FIG. 3 . Some systems allow the flow of hot and cold water to be regulated separately through each of the air conditioners. Other systems regulate heat transfer by simply turning the flow on or off, and also adjusting the fan speed and/or the “dwell” of the water flow.

도 4는 건물의 한 층에서의 하나의 공기 조절기(18)의 추가적인 상세사항들을 보여준다. 메인 팬(44)은 공기 조절기를 통해 온수 루프에 연결된 코일(열 교환기) 및 냉수 루프에 연결된 코일 상으로 공기를 드라이브한다. 공기는 2 가지 소스들로부터 공기 조절기로 공급된다. 첫번째는 하나 또는 그 이상의 재순환 레지스터들(71)을 통해 인입되는 재순환 공기이다. 두번째 공기 소스는 흡입구(46)를 통해 인입되는 외부 공기이다. 4 shows further details of one air conditioner 18 on one floor of a building. A main fan 44 drives air through an air conditioner onto a coil connected to the hot water loop (heat exchanger) and a coil connected to the cold water loop. Air is supplied to the air conditioner from two sources. The first is recirculation air drawn through one or more recirculation resistors 71 . The second source of air is outside air drawn in through the inlet 46 .

공기 조절기를 통한 냉수 루프(28)로부터의 냉수의 흐름 속도는 이 예에 있어서는 쓰로틀링 밸브(58)에 의해 조절된다. 온수 루프(40)로부터의 온수의 흐름 속도는 쓰로틀링 밸브(56)에 의해 조절된다. 공기 흐름은 공기 밸브들(50, 52, 54)에 의해 조절된다. 전체 제어 시스템은 이 구성요소들을 조절한다. 작동 모드들 및 특징들은 이하를 포함한다: The flow rate of the chilled water from the chilled water loop 28 through the air regulator is regulated in this example by a throttling valve 58 . The flow rate of the hot water from the hot water loop 40 is regulated by a throttling valve 56 . Air flow is regulated by air valves 50 , 52 , 54 . The entire control system regulates these components. Operating modes and features include:

1. 쓰로틀링 밸브들은 그들의 작동 범위로 제한되어 이로써 원하는 온도는 전체 냉수 흐름 및 제한된 온수 흐름을 허용하는 것에 의해 공기 조절기에서 설정될 수 있다. 1. The throttling valves are limited in their operating range so that the desired temperature can be set in the air regulator by allowing total cold water flow and limited hot water flow.

2. 신선한 공기의 원하는 혼합은 공기 밸브(52)가 완전히 닫히고 공기 밸브들(50 및 54)이 열리는 간격 동안 작동하는 것에 의해 제공될 수 있다. 이 모드에서 재순환 팬(42)은 재순환된 공기를 배출구(48)로 송풍하기 위해 활성화된다. 메인 팬(44)은 흡입구(46)를 통해 외부 공기를 인입하도록 작동된다. 2. The desired mixing of fresh air may be provided by actuating the interval between air valve 52 fully closed and air valves 50 and 54 open. In this mode the recirculation fan 42 is activated to blow the recirculated air to the outlet 48 . The main fan 44 is operated to draw in outside air through the intake port 46 .

3. 재생가능 필터가 흡입구(46)에 제공된다. 3. A regenerable filter is provided at the inlet (46).

4. 재순환된 공기와 신선한 공기의 혼합은 공기 밸브(50)를 닫고 공기 밸브들(52 및 54)을 조절하는 것에 의해 분배 덕트(74) 및 전달 레지스터들(72)을 통해 분배될 수 있다. 4. A mixture of recirculated air and fresh air may be distributed through distribution duct 74 and delivery resistors 72 by closing air valve 50 and regulating air valves 52 and 54 .

5. 흡입구(46)는 각 층 또는 공기 조절기 각각을 위한 하나의 흡입구라기 보다는, 전체 건물에 공급하는, 하나 또는 그 이상의 큰 트렁크들일 수 있다. 5. The intake 46 may be one or more large trunks, supplying the entire building, rather than one intake for each floor or each air conditioner.

6. 배출구(48)는 하나의 배출구로 공급하는 공기 조절기들 모두를 갖는 전체 건물을 위한 하나의 배출구일 수 있다. 6. Outlet 48 may be one outlet for the entire building with all of the air conditioners feeding to one outlet.

물론, 대부분의 대규모 건물들에서 대부분의 층들은 하나 이상의 공기 조절기를 가질 것이다. 도 5는 한 층(70)의 평면도를 제공한다. 태양 부하들(solar loads)은 보통 상업용 건물들에서는 중요하다. 많은 날 동안 태양을 향하는 층의 측면이 공조가 필요한 한편, 동일 층의 그늘진 측면은 난방이 필요할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 층을 5 개의 HVAC 존들로 분할하는 것이 일반적이다. 이 존들은 중앙 존(60), 동쪽 존(62), 북쪽 존(64), 서쪽 존(66), 및 남쪽 존(68)이다. 통상 별개의 공기 조절기가 이 존들 각각에 제공된다. Of course, in most large buildings most floors will have more than one air conditioner. 5 provides a top view of one layer 70 . Solar loads are usually important in commercial buildings. For many days the side of the floor facing the sun may need air conditioning, while the shady side of the same floor may need heating. It is common to divide a floor into five HVAC zones as shown in FIG. 5 . These zones are the central zone 60 , the east zone 62 , the north zone 64 , the west zone 66 , and the south zone 68 . A separate air conditioner is usually provided for each of these zones.

도 6은 5 개의 공기 조절기들 및 이에 연관된 덕트 작업이 추가된, 동일 층 계획을 보여준다. 공기 조절기들은 중앙 존 공기 조절기(76), 동쪽 존 공기 조절기(78), 북쪽 존 공기 조절기(80), 서쪽 존 공기 조절기(82), 및 남쪽 존 공기 조절기(84)이다. 브랜치들을 갖는 메인 덕트는 각 공기 조절기로부터 연장된다. 이러한 종류의 시스템에 있어서, 공기 조절기 각각은 냉수 루프 및 온수 루프에 연결된다. 예시적인 종래 시스템에 있어서, 공기 조절기 각각은 연관된 존 내에 원하는 온도를 제공하기 위해 독립적으로 작동된다. 6 shows the same floor plan with the addition of five air conditioners and their associated ductwork. The air conditioners are central zone air conditioner 76 , east zone air conditioner 78 , north zone air conditioner 80 , west zone air conditioner 82 , and south zone air conditioner 84 . A main duct with branches extends from each air conditioner. In this kind of system, each of the air conditioners is connected to a cold water loop and a hot water loop. In the exemplary prior art system, each air conditioner operates independently to provide a desired temperature within an associated zone.

이러한 종래 시스템들은 적절한 난방 및 냉방을 제공하지만, 매우 효율적이지는 않다. 이전에 설명된 바와 같이, 냉수 루프는 하나의 공기 조절기에 대한 최대 냉방 수요를 만족시키기에 충분히 낮은 온도가 유지되어야 한다. 이것은 대략 7℃ (45℉)의 물의 공급을 필요로 한다. 이렇게 차가운 물은 드물게 필요할 것이지만, 지역적인 피크 수요를 충족시키도록 유지되어야 한다. 동일한 문제가 이렇게 높은 온도가 전체 건물에서 한 두 지점들에서만 필요할지라도 대략 60 내지 70℃ 의 물이 제공되어야 하는, 온수 루프에도 존재한다. Although these conventional systems provide adequate heating and cooling, they are not very efficient. As previously explained, the cold water loop must be kept low enough to satisfy the maximum cooling demand for one air conditioner. This requires a supply of approximately 7°C (45°F) water. Such cold water will seldom be needed, but must be maintained to meet local peak demand. The same problem exists with the hot water loop, where approximately 60 to 70° C. of water must be provided even though such high temperatures are only needed at one or two points in the entire building.

통상적인 상업용 건물에 있어서, HVAC 시설은 냉각 1,000 kWR 당 평균 235 kW의 전력을 사용한다. 이것은 4.25의 COP(coefficient of performance)를 제공한다. 가장 진보된 오일-프리 압축 기술이 사용될 때, 전력 소비는 1,000 kWR 당 109 kW까지 낮아질 수 있다(9.1의 COP). In a typical commercial building, an HVAC facility uses an average of 235 kW of power per 1,000 kWR of cooling. This gives a coefficient of performance (COP) of 4.25. When the most advanced oil-free compression technology is used, power consumption can be as low as 109 kW per 1,000 kWR (COP of 9.1).

가장 상업적인 HVAC 시스템들은 화석 연료들에서 생산되는 전기에 의해 전력이 공급된다. 이산화탄소 방출은 이제 전세계적으로 인식된 문제이다. 발전은 이산화탄소 방출의 주요 원인제공자이고, 매 1MWh 의 전력 생산을 위해 대략 10,000 톤의 이산화탄소가 환경으로 방출된다. 상업용 건물들은 전기 수요의 많은 부분을 차지하고, 대부분의 상업용 건물에서 최대의 전력 소비자는 공조이다. Most commercial HVAC systems are powered by electricity produced from fossil fuels. Carbon dioxide emissions are now a recognized worldwide problem. Power generation is a major contributor to carbon dioxide emissions, with approximately 10,000 tonnes of carbon dioxide being released into the environment for every 1 MWh of electricity produced. Commercial buildings account for a large proportion of electricity demand, and in most commercial buildings, the largest consumer of electricity is air conditioning.

대부분의 기존 상업적 건물들의 공조는 냉각기 시설에 의해 제공된다. 현재 팔리는 모든 냉각기의 대략 80%가 기존 장비의 교체 및 업그레이드를 위해 사용된다. 나머지 20%는 신축을 위해 사용된다. 따라서 개보수 성능(Retrofit capability)이 새로운 종류의 HVAC 시스템의 명백한 목표이다. 본 발명에 있어서, 전반적으로 덕트 작업 및 공기 처리 유닛들을 교체할 필요는 없다. 이것은 전반적으로 적절한 변형들로 유지될 수 있다. 이 진보적인 시스템은 기존의 상업적 HVAC 시스템들 대부분을 대체할 수 있다. Air conditioning in most existing commercial buildings is provided by chiller facilities. Approximately 80% of all chillers sold today are used to replace and upgrade existing equipment. The remaining 20% is used for new construction. Retrofit capability is therefore an obvious goal of a new kind of HVAC system. In the present invention, there is no need to replace the ductwork and air treatment units as a whole. This can be maintained with all appropriate variants. This advanced system can replace most existing commercial HVAC systems.

이로써 본 발명은 기존 건물들 및 신축 모두에 적용가능하다. 종래 시스템들이 4.0에서 9.1의 COP를 제공하지만 본 발명은 14.0을 초과하는 COP를 제공할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 동일한 결과를 내면서 상당량의 전기를 절약한다. Thus, the present invention is applicable to both existing buildings and new constructions. While conventional systems provide a COP of 9.1 to 4.0, the present invention can provide a COP in excess of 14.0. Therefore, the present invention saves a significant amount of electricity while producing the same result.

본 발명은 1차 물 루프가 난방 및 냉방을 위한 열 전달 저장소로서 사용되는, 난방, 환기, 및 공조 시스템을 포함한다. 복수의 마이크로 냉각기들이 제공되는데, 마이크로 냉각기 각각은 1차 물 루프에 연결된다. 마이크로 냉각기 각각은 그 자체의 열기관을 포함한다. 마이크로 냉각기 각각은 마이크로 냉각기와 건물 내 공기 사이에서 열을 교환하는 하나 또는 그 이상의 팬 제어 유닛들을 포함한다. 제1 모드에서 마이크로 냉각기는 건물 내의 공기로부터 1차 물 루프에서 순환하는 물로 열을 전달한다. 제2 모드에서 마이크로 냉각기는 1차 물 루프에서 순환하는 물로부터 건물 내의 공기로 열을 전달한다. 1차 물 루프 조절 시스템이 1차 물 루프에서 순환하는 물의 온도를 제어하도록 제공된다. The present invention includes heating, ventilation, and air conditioning systems in which a primary water loop is used as a heat transfer reservoir for heating and cooling. A plurality of micro-coolers are provided, each of which is connected to a primary water loop. Each microcooler includes its own heat engine. Each micro-cooler includes one or more fan control units that exchange heat between the micro-cooler and the air in the building. In a first mode, the microcooler transfers heat from the air in the building to the water circulating in the primary water loop. In a second mode, the microcooler transfers heat from the water circulating in the primary water loop to the air in the building. A primary water loop conditioning system is provided to control the temperature of water circulating in the primary water loop.

전체 제어 시스템은 바람직하게 효율적인 방식으로 모든 구성요소들이 작동하도록 제어한다. 많은 작동 예들에서, 진정한 이 진보적인 시스템의 효과는 난방 또는 냉방을 위해 외부 에너지를 이용하기보다, 건물의 일 부분에서 다른 부분으로 열을 전달하는 데 있을 것이다. The overall control system preferably controls all components to operate in an efficient manner. In many working examples, the real effect of this progressive system will be in transferring heat from one part of the building to another, rather than using external energy for heating or cooling.

도 1은 다층 건물에서의 종래 HVAC 시스템을 보여주는, 입면도이다.
도 2는 종래 HVAC 시스템의 냉각기 및 냉수 순환 루프의 사용을 보여주는, 대략도이다.
도 3은 종래 HVAC 시스템의 온수 시설 및 온수 순환 루프의 사용을 보여주는, 대략도이다.
도 4는 종래 HVAC 시스템의 공기 조절기를 보여주는, 대략도이다.
도 5는 건물의 한 층 상의 존들을 보여주는, 평면도이다.
도 6은 건물의 한 층 상의 존들을 커버하는 복수의 공기 조절기들 및 분배 덕트들의 사용을 보여주는, 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따라 만들어진 HVAC 시스템을 보여주는, 입면도이다.
도 7b는 본 발명에 따라 만들어진 HVAC 시스템을 보여주는, 평면도이다.
도 8은 복수의 팬 제어 유닛들을 공급하는 마이크로 냉각기의 사용을 보여주는, 대략도이다.
도 9는 팬 제어 유닛들이 난방을 공급하는, 도 8의 장치의 작동을 보여주는, 대략도이다.
도 10은 팬 제어 유닛들이 냉방을 공급하는, 도 8의 장치의 작동을 보여주는, 대략도이다.
도 11은 진보적인 마이크로-냉각기의 예시적인 물리적 실시예를 보여주는, 사시도이다.
도 12는 다른 관점에서, 도 11의 실시예를 보여주는, 사시도이다.
도 13은 도 11 및 도 12의 물리적 실시예를 위한 압축기 조립체 및 컨트롤러 하우징을 보여주는, 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예의 팬 제어 유닛들로의 신선한 공기의 공급을 보여주는, 대략도이다.
도 15는 마이크로-냉각기와 1차 물 루프 사이에서의 열 교환기의 사용을 보여주는, 대략도이다.
도 16은 중간 물 루프를 통해 1차 물 루프에 연결된 복수의 마이크로-냉각기들을 보여주는, 대략도이다.
도 17은 1차 물 루프를 조절하기 위해 증발식 응축기 및 보일러의 사용을 부여주는, 대략도이다.
도 18은 1차 물 루프를 조절하기 위해 열 펌프의 사용을 보여주는, 대략도이다.
도 19는 2차 루프에서 냉각제가 팬 제어 유닛들로 순환되는, 마이크로-냉각기를 보여주는, 대략도이다.
도 20는 팬 제어 유닛들이 냉방을 공급하는, 도 19의 실시예를 보여주는, 대략도이다.
도 21은 팬 제어 유닛들이 난방을 공급하는, 도 19의 실시예를 보여주는, 대략도이다.
도 22는 2차 루프에서 냉각제가 팬 제어 유닛들로 순환되는, 복수의 마이크로-냉각기 유닛들을 갖는 구성을 보여주는, 대략도이다.
도 23은 냉방 모드에서 작동하는 수 개의 HVAC 시스템들의 성능 계수의 플롯이다.
도 24는 난방 모드에서 작동하는 수 개의 HVAC 시스템들의 성능 계수의 플롯이다.
도 25는 이 진보적인 시스템 및 종래 시스템들의 퍼센트 부하의 함수로서의 압력 비들의 플롯이다.
1 is an elevation view showing a conventional HVAC system in a multi-story building;
2 is a schematic diagram, showing the use of a chiller and chilled water circulation loop in a conventional HVAC system;
3 is a schematic diagram, showing the use of a hot water facility and a hot water circulation loop in a conventional HVAC system.
4 is a schematic diagram showing an air conditioner of a conventional HVAC system;
5 is a plan view, showing zones on one floor of a building;
6 is a plan view, showing the use of a plurality of air conditioners and distribution ducts to cover zones on one floor of a building;
7 is an elevation view, showing an HVAC system made in accordance with the present invention;
7B is a plan view, showing an HVAC system made in accordance with the present invention.
8 is a schematic diagram showing the use of a micro cooler to supply a plurality of fan control units;
Fig. 9 is a schematic diagram showing the operation of the device of Fig. 8, in which the fan control units supply heating;
Fig. 10 is a schematic diagram showing the operation of the device of Fig. 8, in which the fan control units supply cooling;
11 is a perspective view showing an exemplary physical embodiment of an inventive micro-cooler.
Fig. 12 is a perspective view showing the embodiment of Fig. 11 from another point of view;
Figure 13 is a perspective view showing the compressor assembly and controller housing for the physical embodiment of Figures 11 and 12;
14 is a schematic diagram, showing the supply of fresh air to the fan control units of one embodiment of the present invention;
15 is a schematic diagram, showing the use of a heat exchanger between the micro-cooler and the primary water loop;
16 is a schematic diagram showing a plurality of micro-coolers connected to a primary water loop through an intermediate water loop.
17 is a schematic diagram, giving the use of an evaporative condenser and boiler to regulate the primary water loop;
18 is a schematic diagram showing the use of a heat pump to regulate a primary water loop.
19 is a schematic diagram, showing a micro-cooler, in which coolant is circulated to the fan control units in a secondary loop;
Fig. 20 is a schematic view, showing the embodiment of Fig. 19, in which the fan control units supply cooling;
FIG. 21 is a schematic view, showing the embodiment of FIG. 19 , in which fan control units supply heating;
22 is a schematic diagram, showing a configuration with a plurality of micro-cooler units, in which coolant is circulated to fan control units in a secondary loop;
23 is a plot of the coefficient of performance of several HVAC systems operating in cooling mode.
24 is a plot of the coefficient of performance of several HVAC systems operating in heating mode.
25 is a plot of pressure ratios as a function of percent load of these advanced and conventional systems.

도 7은 이 진보적인 HVAC 시스템이 어떻게 다층 건물(10)에 설치될 수 있는지를 보여주는, 대략도이다. 1차 물 루프(Primary Water Loop, PWL)(86)는 전체 건물에 흐른다. 순환 펌프 또는 펌프들(미도시)은 흐름 속도가 필요에 따라 변할 수 있지만, 한결같은 순환을 유지한다. PWL 조절 시스템(88)은 1차 물 루프 내의 물의 온도를 원하는 지점에 또는 원하는 범위 내에서 유지한다. 종래 HVAC 장비 - 냉각기 및 보일러와 같은 - 가 PWL 조절 시스템(88)을 위해 사용될 수 있다. 일부 예들이 이하에서 제공된다. 7 is a schematic diagram, showing how this advanced HVAC system can be installed in a multi-story building 10 . A Primary Water Loop (PWL) 86 flows through the entire building. A circulation pump or pumps (not shown) maintain a constant circulation, although the flow rate can be varied as needed. The PWL regulation system 88 maintains the temperature of the water in the primary water loop at a desired point or within a desired range. Conventional HVAC equipment - such as coolers and boilers - may be used for the PWL control system 88 . Some examples are provided below.

본 발명은 열을 전달하기 위해 순환하는 액체들을 사용한다. 순환하는 액체는 바람직하게 물이고, 용어 "물(water)"은 부식방지 및 다른 첨가제들 역시 존재할 수 있는 용액들 및 혼합물들을 포함한다. 순환하는 액체들은 물이 아닌 다른 것일 수 있고, 본 발명은 물의 사용에 한정되지 않는다. 이 용어 물이 적절한 어떠한 순환하는 액체도 포함하는 것으로 이해되어야 하지만, 편의를 위해 용어 물이 상세한 설명들에서 사용될 것이다. The present invention uses circulating liquids to transfer heat. The circulating liquid is preferably water, and the term “water” includes solutions and mixtures in which corrosion inhibitors and other additives may also be present. The circulating liquids may be other than water, and the present invention is not limited to the use of water. It should be understood that the term water includes any suitable circulating liquid, but for convenience the term water will be used in the descriptions.

1차 물 루프 내의 물은 바람직하게 16 ℃에서 30 ℃까지의 범위 내에서, 보다 바람직하게 18 ℃에서 26 ℃ 사이에서, 가장 바람직하게 20 ℃에서 24 ℃(68 에서 76 ℉) 사이에서 유지된다. 이것은 냉수 루프의 물이 통상 7 ℃ 이하(45 ℉ 이하)에서 유지되고 온수 루프의 물이 통상 대략 50 ℃ 이상 (대략 122 ℉ 이상)에서 유지되는, 종래 HVAC 시스템들과 비교했을 때 상당한 차이점이다. 본 발명에 있어서, PWL 내의 물은 원하는 건물 내부의 공기 온도와 실질적으로 동일한 범위에서 유지된다. The water in the primary water loop is preferably maintained within the range of 16°C to 30°C, more preferably between 18°C and 26°C, and most preferably between 20°C and 24°C (68-76°F). This is a significant difference compared to conventional HVAC systems, where the water in the cold water loop is typically maintained at 7°C or lower (45°F or lower) and the water in the hot water loop is typically maintained at approximately 50°C or higher (approximately 122°F or higher). In the present invention, the water in the PWL is maintained in substantially the same range as the desired air temperature inside the building.

하나 또는 그 이상의 마이크로 냉각기들(90)은 건물의 각 층(12)에 대하여 제공된다. 각각의 마이크로 냉각기는 PWL(86)을 순환하는 물을 이용해 열을 교환하도록 구성된다. 각각의 마이크로 냉각기는 또한 하나 또는 그 이상의 연관된 팬 제어 유닛들(92)(도 7b에 도시된)을 이용해 열을 교환하도록 구성된다. 각각의 팬 제어 유닛 또는 유닛들은 그 커버하는 존 내의 공기를 가열하거나 또는 냉각시킨다. One or more micro-coolers 90 are provided for each floor 12 of the building. Each micro cooler is configured to exchange heat with water circulating in the PWL 86 . Each micro cooler is also configured to exchange heat with one or more associated fan control units 92 (shown in FIG. 7B ). Each fan control unit or units heats or cools the air in the zone it covers.

도 7을 참조하면, 바닥 근처의 압력이 상부 근처의 압력보다 훨씬 더 커질 것이기 때문에, 당업자는 상당한 높이에 이르는 1차 물 루프(86)가 압력 문제를 발생시킬 수 있음을 알 것이다. 높은 건물들에 있어서 PWL을 루프들을 연결하는 물간 열 교환기들과 함께 더 작은 부수적인 루프들로 분리하는 것이 종종 필요할 수 있다. 다른 접근법들이 물 압력을 원하는 범위 내에서 유지하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 압력 감소 및 압력 부가 장치들이 루프 내에 배치될 수 있다. 압력 부가 장치는 통상 단지 펌프이다. 압력 감소 장치는 지붕의 하강 측면 상의 중간 고정 탱크일 수 있다. 중간 탱크는 위에서 물을 수신하고 탱크 내에 생성된 공기 압력을 대기로 배출한다. 다른 압력-조절 장치들이 당업자들에게 알려져 있다. 용어 "1차 물 루프(primary water loop)"는 가능한 이러한 압력-조절 장치들을 포함할 수 있음이 이해될 것이다. Referring to FIG. 7 , one of ordinary skill in the art will recognize that primary water loops 86 reaching significant heights can create pressure problems because the pressure near the bottom will be much greater than the pressure near the top. In tall buildings it may often be necessary to separate the PWL into smaller ancillary loops with water-to-water heat exchangers connecting the loops. Other approaches may be used to maintain the water pressure within a desired range. For example, pressure reducing and pressure adding devices may be disposed within the loop. The pressure adding device is usually just a pump. The pressure reducing device may be an intermediate fixed tank on the lowering side of the roof. The intermediate tank receives water from above and discharges the air pressure created in the tank to the atmosphere. Other pressure-regulating devices are known to those skilled in the art. It will be understood that the term “primary water loop” may possibly include such pressure-regulating devices.

도 8은 하나의 마이크로 냉각기(90)와 그와 연관된 팬 제어 유닛들(92)의 대략도를 제공한다. 마이크로 냉각기(90)는 1차 물 루프(86)에 연결된다. 공급 라인(96)의 탭은 순환하는 물을 마이크로 냉각기(90)로 제공하고 복귀 라인(94)의 탭은 마이크로 냉각기로부터 PWL로 물을 복귀시킨다. 8 provides a schematic diagram of one micro cooler 90 and its associated fan control units 92 . The micro cooler 90 is connected to a primary water loop 86 . A tap on the supply line 96 provides circulating water to the micro cooler 90 and a tap on the return line 94 returns water from the micro cooler to the PWL.

이 예에 있어서 마이크로 냉각기의 핵심은 비가역적 열기관이다. 압축기(122)는 적절한 냉각제를 압축하여 이를 열 교환기(120)로 보낸다. 열 교환기(120)는 응축기로서 작동한다. 이것은 순환하는 냉각제를 냉각시키고 이를 팽창 밸브(124)로 보낸다. 팽창 밸브는 액상 냉각제를 팽창시키고 이를 열 교환기(118)로 보내는데, 이것은 증발기로서 작동한다. 증발기는 기상 냉각제를 가열하여 이를 다시 압축기(122)의 흡입 측으로 보낸다. The heart of the microcooler in this example is an irreversible heat engine. Compressor 122 compresses the appropriate coolant and sends it to heat exchanger 120 . The heat exchanger 120 operates as a condenser. This cools the circulating coolant and directs it to the expansion valve 124 . The expansion valve expands the liquid coolant and sends it to a heat exchanger 118 , which acts as an evaporator. The evaporator heats the gaseous coolant and directs it back to the suction side of the compressor 122 .

열 교환기(118)는 압축기(122)가 작동할 때마다 순환하는 냉각제에 의해 냉각된다. 이로써, 압축기가 작동할 때, 열 교환기(120)는 가열되고 열 교환기(118)는 냉각된다. 순환 펌프(114)는 활성화될 때 열 교환기(118)를 통해 물을 펌핑한다. 유사하게, 순환 펌프(116)는 활성화될 때 열 교환기(120)를 통해 물을 펌핑한다. 이 예에서 열기관은 비가역적인데, 이것은 냉각제 루프를 통한 흐름이 언제나 동일한 방향으로(증발기 및 응축기를 통한 흐름을 역전시키기 위한 전환 밸브를 포함할 수 있는 열 펌프와는 반대로) 이동한다는 것을 의미한다. Heat exchanger 118 is cooled by circulating coolant whenever compressor 122 operates. Thus, when the compressor is running, the heat exchanger 120 is heated and the heat exchanger 118 is cooled. Circulation pump 114 pumps water through heat exchanger 118 when activated. Similarly, circulation pump 116 pumps water through heat exchanger 120 when activated. The heat engine in this example is irreversible, meaning that the flow through the coolant loop always travels in the same direction (as opposed to a heat pump which may include a diverter valve to reverse the flow through the evaporator and condenser).

2차 물 루프(126)는 하나 또는 그 이상의 팬 제어 유닛들(92)을 통한 물 순환을 제공한다. 각 팬 제어 유닛은 2차 물 루프로부터의 물을 위한 코일 및 이 코일 상으로 공기를 송풍하도록 구성되는 팬을 포함한다. 2차 물 루프(126)를 통해 순환하는 물이 뜨겁다면 팬 제어 유닛의 코일은 팬 제어 유닛을 통해 유인된 공기를 가열하는 데 사용된다. 물이 차갑다면 팬 제어 유닛의 팬은 공기를 냉각시키는 데 사용된다. 분배 덕트 또는 덕트들은 통상 각 팬 제어 유닛에 연결된다. 이것은 도면에 도시되어 있지 않다. A secondary water loop 126 provides water circulation through one or more fan control units 92 . Each fan control unit includes a coil for water from the secondary water loop and a fan configured to blow air over the coil. If the water circulating through the secondary water loop 126 is hot, the coil of the fan control unit is used to heat the air drawn through the fan control unit. If the water is cold, a fan in the fan control unit is used to cool the air. A distribution duct or ducts are usually connected to each fan control unit. This is not shown in the drawings.

제1 제어 밸브 세트(98,100,102,104)는 열 교환기(118)(증발기)를 통한 물의 흐름을 제어한다. 제2 제어 밸브 세트(106,108,110,112)는 열 교환기(120)(응축기)를 통한 물의 흐름을 제어한다. 각 개별적인 팬 제어 유닛(92)으로 흐름을 제어하기 위해 추가적인 제어 밸브들이 2차 물 루프(126)의 다양한 브랜치들에 제공될 수 있다. A first set of control valves 98 , 100 , 102 , 104 controls the flow of water through the heat exchanger 118 (evaporator). A second set of control valves 106 , 108 , 110 , 112 controls the flow of water through the heat exchanger 120 (condenser). Additional control valves may be provided in the various branches of the secondary water loop 126 to control flow to each individual fan control unit 92 .

도 9 및 도 10은 2 가지 주요 작동 모드들에서의 마이크로 냉각기를 보여준다. 도 9는 팬 제어 유닛들(92)이 그 각각의 존들의 공기를 가열하는 난방 모드에서 작동되는 마이크로 냉각기(90)를 보여준다. 밸브들(98 및 102)은 열린다. 밸브들(100 및 104)은 닫힌다. 1차 물 루프로부터의 물은 공급 라인(96)에서 들어와서 펌프(114)를 통해 지나간다. 물은 그후 열 교환기(118)를 통해 순환하고 복귀 라인(94)에 도달하기 전에 밸브(102)를 통해 나간다. 흐름 경로는 진하게 도시되어 있다. 열 교환기(118)를 통해 지나가는 PWL 물은 냉각되고 PWL로 복귀한다. 달리 언급하자면, 열은 PWL 내의 물로부터 마이크로 냉각기로 전달된다. 9 and 10 show the micro cooler in two main modes of operation. Figure 9 shows the micro cooler 90 operating in a heating mode in which the fan control units 92 heat the air in their respective zones. Valves 98 and 102 are open. Valves 100 and 104 are closed. Water from the primary water loop enters in supply line 96 and passes through pump 114 . The water then circulates through heat exchanger 118 and exits through valve 102 before reaching return line 94 . Flow paths are shown in bold. The PWL water passing through the heat exchanger 118 cools and returns to the PWL. Stated another way, heat is transferred from the water in the PWL to the microcooler.

밸브들(108 및 112)은 열린다. 밸브들(106 및 110)은 닫힌다. 펌프(116)는 밸브(108)를 통해 열 교환기(120)로부터 물을 펌핑하고 2차 물 루프(126)로 보낸다. 2차 물 루프의 팬 제어 유닛들로부터 복귀하는 물은 밸브(112)를 통해 흐르고 열 교환기(120)로 들어간다. 열 교환기(120)를 통과하는 물은 가열되고(열 교환기는 냉각제 루프를 위한 응축기로서 작동한다는 것을 상기하자) 이 열은 팬 제어 유닛들로 전달된다. 팬 제어 유닛들을 통해 흐르는 가열된 물은 공기를 데우는 데 사용된다. 도 9에 도시된 전체 작동을 보면, 열은 1차 물 루프(86)에서 순환하는 물로부터 빼내서 팬 제어 유닛들(92)을 통해 송풍되는 공기로 전달된다. 이것은 PWL(86)을 열 교환기(118)(증발기)에, 2차 물 루프(126)를 열 교환기(120)(응축기)에 연결하는 것에 의해 수행된다. Valves 108 and 112 are open. Valves 106 and 110 are closed. Pump 116 pumps water from heat exchanger 120 through valve 108 and directs it to secondary water loop 126 . Water returning from the fan control units of the secondary water loop flows through valve 112 and enters heat exchanger 120 . The water passing through the heat exchanger 120 is heated (recall that the heat exchanger acts as a condenser for the coolant loop) and this heat is transferred to the fan control units. The heated water flowing through the fan control units is used to heat the air. Looking at the overall operation shown in FIG. 9 , heat is drawn from the water circulating in the primary water loop 86 and transferred to the air blown through the fan control units 92 . This is done by connecting PWL 86 to heat exchanger 118 (evaporator) and secondary water loop 126 to heat exchanger 120 (condenser).

도 10은 냉방 모드에서 작동하는 동일한 배치를 보여준다. 밸브들(106 및 110)은 열린다. 밸브들(108 및 112)은 닫힌다. 상기 예에서와 같이, 1차 물 루프로부터의 물은 공급 라인(96)으로 들어간다. 하지만, 상기 예에서와는 달리, 공급 라인 물은 밸브(110)를 통해 열 교환기(120)로 안내된다. 펌프(116)는 열 교환기(120) 및 밸브(106)를 통해 물을 펌핑한다. 밸브(106)로부터 물은 다시 복귀 라인(94)(PWL로 다시 들어가는)으로 전달된다. 흐름 경로는 진하게 도시되어 있다. 열 교환기(120)를 통과하는 PWL 물은 가열되고 PWL로 복귀한다. 달리 언급하자면, 열은 마이크로 냉각기로부터 PLW 내의 물로 전달된다. Figure 10 shows the same arrangement operating in cooling mode. Valves 106 and 110 are open. Valves 108 and 112 are closed. As in the example above, water from the primary water loop enters supply line 96 . However, unlike the example above, the feed line water is directed to the heat exchanger 120 via a valve 110 . Pump 116 pumps water through heat exchanger 120 and valve 106 . Water from valve 106 is passed back to return line 94 (which re-enters the PWL). Flow paths are shown in bold. The PWL water passing through the heat exchanger 120 is heated and returned to the PWL. Stated another way, heat is transferred from the micro cooler to the water in the PLW.

밸브들(98,100,102,104)은 물이 2차 물 루프(126)로부터 열 교환기(118)(증발기)를 통해 순환하도록 설정된다. 밸브들(100 및 104)은 열린다. 밸브들(98 및 102)은 닫힌다. 펌프(114)는 물을 열 교환기(118)(증발기)를 통해, 2차 물 루프(126)로 펌핑한다. 2차 물 루프의 팬 제어 유닛들로부터 복귀하는 물은 밸브(100)를 통해 다시 펌프(114)로 전달된다. 2차 물 루프를 통해 흐르는 물은 이로써 냉각되고 냉각된 물은 팬 제어 유닛들을 통과하는 건물 공기로부터 열을 흡수하는 데 사용된다. Valves 98 , 100 , 102 , 104 are set to circulate water from secondary water loop 126 through heat exchanger 118 (evaporator). Valves 100 and 104 are open. Valves 98 and 102 are closed. Pump 114 pumps water through heat exchanger 118 (evaporator) to secondary water loop 126 . Water returning from the fan control units of the secondary water loop is delivered via valve 100 back to pump 114 . The water flowing through the secondary water loop is thereby cooled and the cooled water is used to absorb heat from the building air passing through the fan control units.

도 10에 도시된 전체 작동을 보면, 열은 팬 제어 유닛들(92)을 통해 송풍되는 공기로부터 빼내서 1차 물 루프(86)에서 순환하는 물로 전달된다. 이것은 PWL(86)을 열 교환기(120)(응축기)로, 2차 물 루프(126)를 열 교환기(증발기)로 연결하는 것에 의해 수행된다. Looking at the overall operation shown in FIG. 10 , heat is drawn from the air blown through the fan control units 92 and transferred to the water circulating in the primary water loop 86 . This is done by connecting the PWL 86 to the heat exchanger 120 (condenser) and the secondary water loop 126 to the heat exchanger (evaporator).

독자는 언제나 열 교환기(118) 및 열 교환기(120)를 통과하는 냉각제 루프가 항상 동일한 방향으로(압축기에 의해 펌핑되는) 흐른다는 것에 유의해야 한다. 가정용 열 펌프와는 달리, 냉각제 루프는 전환 밸브를 가지지 않는다. 열 교환기(118)는 항상 증발기이고 열 교환기(120)는 항상 응축기이다. The reader should always note that the coolant loops through the heat exchanger 118 and heat exchanger 120 always flow in the same direction (pumped by the compressor). Unlike domestic heat pumps, the coolant loop does not have a diverter valve. Heat exchanger 118 is always an evaporator and heat exchanger 120 is always a condenser.

도 11 내지 도 13은 이 진보적인 마이크로 냉각기 및 그 구성요소들의 일부 물리적인 실시예들을 보여준다. 이 예에 있어서 마이크로 냉각기(90)는 섀시(128) 내부에 포함된다. 열 교환기들(118) 및 열 교환기(120)는 섀시의 일 단 근처에 장착된다. 순환 펌프들(114 및 116)은 반대 단 근처에 장착된다. 압축기(122)는 도시된 하우징 내부에 포함된다. 상호연결하는 파이프들은 도 8 및 도 9의 대략도에 따른 흐름 경로를 생성하도록 제공된다. 11-13 show some physical embodiments of this inventive micro-cooler and its components. In this example, the micro cooler 90 is contained within the chassis 128 . Heat exchangers 118 and heat exchanger 120 are mounted near one end of the chassis. Circulation pumps 114 and 116 are mounted near opposite ends. Compressor 122 is contained within the illustrated housing. Interconnecting pipes are provided to create a flow path according to the schematic views of FIGS. 8 and 9 .

도 12는 다른 관점에서의 동일한 마이크로 냉각기를 보여준다. 이 관점에서 독자는 4 개의 연결 점들(132)에서 어떻게 파이핑이 끝나는지 관찰할 수 있다. 이 연결 점들 중 2 개는 1차 물 루프(86)로 이어지고 이 연결 점들 중 2 개는 2차 물 루프(126)로 이어진다. 도 8 및 도 9의 대략도들에 도시된 바와 같이, 4 개의 연결 점들은 필요한 흐름 경로들을 제공하는 데 필요한 모든 것이다. 12 shows the same micro cooler from a different point of view. From this point of view the reader can observe how the piping ends at the four connection points 132 . Two of these connection points lead to a primary water loop 86 and two of these connection points lead to a secondary water loop 126 . As shown in the schematic diagrams of Figures 8 and 9, the four connection points are all necessary to provide the necessary flow paths.

이제 도 11로 돌아오면, 독자는 마이크로 냉각기를 위한 흐름-제어 밸브들 모두가 이 예에서는 하나의 전환 밸브 조립체(130)에 제공됨에 유의해야 한다. 8 개의 밸브들은 하나의 이동가능한 스풀로 순환(cycle)하도록 설정될 수 있다. 스위칭 밸브들(도 9 및 도 10의 밸브들(98,100,102,104,106,108,110, 및 112))은 모두 전환 밸브 조립체(130) 내부에 포함된다(혼란을 방지하기 위해, 독자는 이 경우에 있어서 용어 "전환 밸브 조립체(reversing valve assembly)"가 냉각제 순환 루프 내부의 전환 밸브를 지칭하지 않음을 유념해야 한다). 전환 밸브 조립체(130)는 하우징을 통해 스풀을 동시에 슬라이딩하여 하나 이상의 밸브를 작동시키는 스풀 밸브일 수 있다. 당업자라면, 적절한 하우징을 통한 하나의 스풀 슬라이딩이 8 개의 밸브들(98,100,102,104,106,108,110,112) 모두를 포함할 수 있다는 것을 알고 있다. 이런 방식으로 밸브 조립체 내의 하나의 액츄에이터가 난방 모드 또는 냉방 모드에서 마이크로 냉각기를 작동시키는 데 필요한 스위칭을 제공할 수 있다. 추가적인 "유휴 모드(idle mode)" 또한 제공할 수 있고, 이하에서 설명될 것이다. Turning now to FIG. 11 , the reader should note that all of the flow-control valves for the micro-cooler are provided in one diverter valve assembly 130 in this example. Eight valves can be set to cycle with one movable spool. The switching valves (valves 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, and 112 in FIGS. 9 and 10) are all contained within the switching valve assembly 130 (to avoid confusion, the reader will in this case refer to the term "switching valve assembly ( It should be noted that "reversing valve assembly)" does not refer to a reversing valve inside the coolant circulation loop). The diverter valve assembly 130 may be a spool valve that simultaneously slides a spool through a housing to actuate one or more valves. One of ordinary skill in the art knows that one spool sliding through a suitable housing can include all eight valves 98 , 100 , 102 , 104 , 106 , 108 , 110 , 112 . In this way, one actuator in the valve assembly can provide the necessary switching to operate the microcooler in either heating mode or cooling mode. An additional “idle mode” may also be provided, as will be described below.

도 11을 참조하면 독자는 압축기(122)가 상당히 컴팩트하다는 것을 알 것이다. 압축기는 바람직하게 고속으로 작동하는 원심 모델이다. 압축기는 바람직하게 초저마찰 베어링 기술을 사용한다. 이 베어링 기술은 효율성을 크게 증가시키는, 오일-프리 냉각제 루프의 사용을 허용한다. 한 접근법은 필수적으로 압축기의 회전 섀프트를 "부양(levitate)"시키는 자기 베어링들을 사용하는 것이다. 이러한 베어링들은 매우 효과적이지만 또한 매우 고가이다. 더 저렴한 접근법은 호일 베어링들을 사용하는 것이다. 호일 베어링들은 베어링들에서 물리적 접촉을 방지하기 위해 유지되어야 하는 최소 "리프트오프(liftoff)" 속도를 가진다. 이 리프트오프 속도는 매우 낮다 - 통상 대략 베어링의 정격 작동 속도의 5%. 이러한 베어링들을 사용하는 것은 압축기의 회전 섀프트에 대한 매우 높은 회전 속력을 허용한다. 이러한 베어링들은 또한 실제적으로 무제한의 "언로딩(unloading)" - 압축기가 베어링들과 접촉 위험 없이 그 정격 최대 속력보다 훨씬 더 낮은 속도로 작동될 수 있음을 의미함 - 을 허용한다. Referring to Figure 11, the reader will see that the compressor 122 is quite compact. The compressor is preferably a centrifugal model operating at high speed. The compressor preferably uses ultra-low friction bearing technology. This bearing technology allows the use of an oil-free coolant loop, which greatly increases the efficiency. One approach is to use magnetic bearings that essentially "levitate" the rotating shaft of the compressor. These bearings are very effective, but also very expensive. A cheaper approach is to use foil bearings. Foil bearings have a minimum “liftoff” speed that must be maintained to prevent physical contact in the bearings. This liftoff rate is very low - typically approximately 5% of the rated operating speed of the bearing. The use of these bearings allows very high rotational speeds for the rotating shaft of the compressor. These bearings also allow virtually unlimited "unloading", meaning that the compressor can be operated at a speed much lower than its rated maximum speed without risking contact with the bearings.

이러한 요인들의 결과로서 압축기(122)는 그 출력에 비해서 상당히 컴팩트하고 가볍다. 도 13은 부착된 컨트롤러 하우징(134)과 함께 압축기(122)의 물리적 실시예를 보여준다. 컨트롤러 하우징은 시작 및 정지 기능은 물론, 그 작동 범위 전체에서 압축기의 작동을 제어하도록 구성된 전자장치들을 포함한다. 바람직한 실시예들에 있어서, 압축기는 연속적으로 작동될 것이다. 난방 또는 냉방이 필요치 않는 기간 동안, 제어하는 전자장치들은 회전 속력을 최소화할 것이다(대략 10,000 RPM까지 내려서). 제어하는 전자장치들은 또한 마이크로 냉각기를 난방 모드와 냉방 모드 사이에서 순환시켜서 2차 물 루프 내의 물이 마이크로 냉각기에 의해 관리되는 공간 내의 공기 온도에 가깝게 유지되게 할 것이다. 이 유휴 상태는 단지 압축기를 끄는 것보다 많은 전력을 소비한다. 하지만, 압축기를 호일 베어링의 리프트오프 속력 이상에서 지속적으로 작동시키는 것에 의해, 압축기 수명은 무한으로 연장된다. 이 작동은 "유휴 모드"로 지칭된다. 압축기는 "언로딩"된다 - 이것은 그 속력이 적절한 베어링 기능을 보존하기에는 충분히 높지만 냉각제 순환의 속도는 크게 감소되는 낮은 속력까지 감소되는 것을 의미한다. 이 유휴 모드에서 8 개의 밸브들은 주기적으로 스위칭되어 마이크로 냉각기는 난방 모드와 냉방 모드 사이에서 순환한다(예를 들어, 매 1분 마다 한번 또는 매 5분 마다 한번과 같이). 이것은 압축기가 심지어 난방 또는 냉방이 필요치 않을 때에도 지속적으로 작동하는 것을 허용한다. As a result of these factors, the compressor 122 is considerably compact and light for its output. 13 shows a physical embodiment of a compressor 122 with an attached controller housing 134 . The controller housing contains start and stop functions, as well as electronics configured to control operation of the compressor throughout its operating range. In preferred embodiments, the compressor will be operated continuously. During periods when heating or cooling is not required, the controlling electronics will minimize rotational speed (down to approximately 10,000 RPM). The controlling electronics will also cycle the microcooler between heating and cooling modes so that the water in the secondary water loop is kept close to the air temperature in the space managed by the microcooler. This idle state consumes more power than just turning off the compressor. However, by continuously operating the compressor above the liftoff speed of the foil bearings, compressor life is extended indefinitely. This operation is referred to as "idle mode". The compressor is "unloaded" - this means that its speed is reduced to a low speed where it is high enough to preserve proper bearing function but the speed of the coolant circulation is greatly reduced. In this idle mode, the eight valves are switched periodically so that the microcooler cycles between heating and cooling modes (eg, once every minute or once every 5 minutes). This allows the compressor to run continuously even when heating or cooling is not required.

상업용 건물들은 구체적인 레벨들에서 신선한 공기의 입력을 필요로 한다. 이것은 주로 이산화탄소의 축적을 최소화하기 위해 수행된다. 일부 종래 시스템들은 이산화탄소 레벨을 모니터링하고 필요에 따라 신선한 공기를 도입한다. 하지만, 대부분의 종래 시스템들은 수용가능한 레벨에서 이산화탄소의 축적을 유지하기 위해 실험을 통해 알려진 고정된 부피의 신선한 공기만을 용인한다. 도 14는 더 세련된 접근법을 취하는 본 발명의 일 실시예를 보여준다. Commercial buildings require input of fresh air at specific levels. This is mainly done to minimize the build-up of carbon dioxide. Some conventional systems monitor carbon dioxide levels and introduce fresh air as needed. However, most conventional systems tolerate only a fixed volume of fresh air known experimentally to keep the buildup of carbon dioxide at an acceptable level. 14 shows an embodiment of the present invention that takes a more sophisticated approach.

신선한 공기 덕트(136)는 가압된 신선한 공기를 팬 제어 유닛들(92)로 운반한다. 각각의 팬 제어 유닛에 용인되는 신선한 공기는 공기 제어 밸브(138)에 의해 제어된다. 재순환하는 공기는 재순환하는 공기 입구(140)를 통해 각각의 팬 제어 유닛으로 제공된다. 신선한 공기의 입장은 종종 건물 HVAC 시스템에 추가적인 부하들을 준다. 덥고 습한 기후에서는, 들어오는 신선한 공기를 제습하고 냉각시키기 위해 추가적인 에너지가 필요하다. 따라서 필요한 부피의 신선한 공기만을 용인하는 것이 바람직할 수 있다. Fresh air duct 136 carries pressurized fresh air to fan control units 92 . Fresh air admitted to each fan control unit is controlled by an air control valve 138 . Recirculating air is provided to each fan control unit via a recirculating air inlet 140 . The intake of fresh air often places additional loads on the building HVAC system. In hot and humid climates, additional energy is needed to dehumidify and cool the incoming fresh air. Therefore, it may be desirable to tolerate only the required volume of fresh air.

도시된 예에 있어서 이산화탄소 센서 또는 센서들은 각 존의 이산화탄소 레벨을 모니터링하고 제어 시스템은 공기 제어 밸브(138)를 조절하기 위해 이 정보를 이용하여 필요한 만큼의 신선한 공기가 도입된다 - 하지만 더 이상은 아니다. In the illustrated example a carbon dioxide sensor or sensors monitor the carbon dioxide level in each zone and the control system uses this information to adjust the air control valve 138 to introduce as much fresh air as needed - but no more. .

도 15 내지 도 18은 추가적인 예시적인 실시예들을 보여준다. 도 15의 예에 있어서, 1차 물 루프(86)는 공급 라인(96) 및 복귀 라인(94)을 통해 수직으로 전달된다. 열 교환기(142)는 각 층에 마련된다. 열 교환기(142)는 1차 물 루프와 중간 물 루프(144) 사이에서 열을 교환한다. 중간 루프는 순환하는 물(20 ℃에서 24 ℃의 범위에서 유지되는)을 하나의 층의 모든 마이크로 냉각기들(90)에 제공한다. 각 마이크로 냉각기는 그후 그 자체의 2차 물 루프(126)를 통해 특정 마이크로 냉각기에 묶여 있는 팬 제어 유닛들로 물을 펌핑한다.15-18 show further exemplary embodiments. In the example of FIG. 15 , primary water loop 86 is delivered vertically via supply line 96 and return line 94 . A heat exchanger 142 is provided on each floor. The heat exchanger 142 exchanges heat between the primary water loop and the intermediate water loop 144 . The intermediate loop provides circulating water (maintained in the range of 20° C. to 24° C.) to all micro coolers 90 in one bed. Each microcooler then pumps water through its own secondary water loop 126 to the fan control units tied to a particular microcooler.

도 16은 한 층 전체를 대략적으로 보여준다. 이 예에 있어서 열 교환기(142)는 다시 한번 1차 물 루프(86)와 중간 물 루프(144) 사이에서 열을 교환한다. 이 예에 있어서 한 층의 모든 마이크로 냉각기들은 중간 물 루프(144)에 연결된다. 이 마이크로 냉각기들 중 3 개가 도시되어 있다(마이크로 냉각기들(146, 148, 150). 3 개의 2차 물 루프들(152,154,156) 또한 도시되어 있다 - 각 마이크로 냉각들에 대하여 하나씩. 16 schematically shows an entire floor. The heat exchanger 142 in this example once again exchanges heat between the primary water loop 86 and the intermediate water loop 144 . In this example all micro-coolers in a layer are connected to an intermediate water loop 144 . Three of these micro-coolers are shown (micro-coolers 146, 148, 150). Three secondary water loops 152, 154, 156 are also shown - one for each micro-cooler.

3 개의 마이크로 냉각기들(146, 148, 150) 모두는 동일한 모드 - 난방 모드로 작동되고 있다. 하지만, 항상 이 경우일 필요는 없다. 때로는 마이크로 냉각기들은 다른 모드들로 작동될 것이다. 일 예는 층의 동쪽 존에 높은 태양 부하를 가지는 선선한 아침이다. 같은 층의 다른 마이크로 냉각기들이 난방 모드에서 작동되는 한편 동쪽 존에서 작동하는 마이크로 냉각기는 냉방 모드로 작동될 것이다. 사실상, 동쪽 존 마이크로 냉각기는 열을 중간 물 루프(144)로 전달하는 것에 의해 그 층의 일 부분으로부터 열을 다른 부분으로 전달할 것이고, 이 열은 동일한 층의 다른 마이크로 냉각기들에 의해 다시 추출된다. All three micro coolers 146 , 148 , 150 are operating in the same mode - heating mode. However, this need not always be the case. Sometimes micro coolers will operate in different modes. One example is a cool morning with high solar loads in the east zone of the floor. The microcooler operating in the east zone will operate in cooling mode while other microcoolers on the same floor will operate in heating mode. In effect, the east zone micro-cooler will transfer heat from one portion of the bed to another by transferring heat to the intermediate water loop 144 , which heat is again extracted by other micro-coolers on the same floor.

도 7로 잠깐 돌아가면, 독자는 1차 물 루프(86) 내에서 순환하는 물의 온도가 PWL 조절 시스템(88)에 의해 유지됨을 기억할 것이다. 종종 이 시스템은 열을 순환하는 물에 추가해야 하고 또한 종종 순환하는 물로부터 열을 제거해야 할 것이다. 당업자라면, 많은 알려진 장치들이 1차 물 루프 내의 물 온도를 조절하는 데 사용될 수 있다. Returning briefly to FIG. 7 , the reader will remember that the temperature of the water circulating within the primary water loop 86 is maintained by the PWL regulation system 88 . Often these systems will have to add heat to the circulating water and also often have to remove heat from the circulating water. A person skilled in the art can use many known devices to regulate the water temperature in the primary water loop.

도 17은 증발식 응축기(158)와 보일러(160)가 물 온도를 조절하는 데 사용되는 일 실시예를 보여준다. 순 냉방이 필요한 시간 동안 증발식 응축기가 열을 건물을 둘러싸는 공기로 전달하기 위해 작동된다. 순 난방이 필요한 시간 동안 물 온도를 상승시키기 위해 보일러(160) 내부에서 천연 가스가 연소된다. 펌프(162)는 1차 물 루프(86) 내의 물을 순환시킨다. 열 교환기(142)는 1차 물 루프(86)와 하나의 중간 물 루프(144) 사이에서 열을 전달한다. 복수의 마이크로 냉각기들(90)이 이 예(단 하나의 마이크로 냉각기(90)가 도시된)에서는 중간 물 루프(144)에 부착된다. 추가적인 중간 물 루프들(미도시) 또한 1차 물 루프(86)에 연결된다. 17 shows an embodiment in which the evaporative condenser 158 and the boiler 160 are used to regulate the water temperature. During times when net cooling is required, an evaporative condenser is operated to transfer heat to the air surrounding the building. Natural gas is burned inside the boiler 160 to raise the water temperature for a period of time when net heating is required. Pump 162 circulates water in primary water loop 86 . The heat exchanger 142 transfers heat between the primary water loop 86 and one intermediate water loop 144 . A plurality of micro-coolers 90 are attached to the intermediate water loop 144 in this example (only one micro-cooler 90 is shown). Additional intermediate water loops (not shown) are also connected to the primary water loop 86 .

도 18은 열 펌프(168)가 도 17의 증발식 응축기 및 보일러를 대체하고 있는 유사한 실시예를 보여준다. 열 펌프는 통상 더 작은 상업용 건물들에서 사용되지만, 복수의 열 펌프들을 병렬로 사용함으로써 대규모 상업용 건물에서 서비스를 제공하는 것 또한 가능하다. 18 shows a similar embodiment in which heat pump 168 is replacing the evaporative condenser and boiler of FIG. 17 . Heat pumps are usually used in smaller commercial buildings, but it is also possible to provide service in larger commercial buildings by using multiple heat pumps in parallel.

상기의 예시적인 실시예들에서, 2차 물 루프는 특정 마이크로 냉각기와 이에 연관된 팬 제어 유닛들 사이에서 열을 전달하는 데 사용되었다. 마이크로 냉각기와 이에 연관된 팬 제어 유닛들 사이에서 직접 냉각제를 순환시키는 것 또한 가능하다. 도 19 내지 도 22는 이러한 후자의 접근법을 이용한 실시예들을 보여준다. 도 19는 다른 마이크로 냉각기(190)의 구성요소들을 보여주는 한편, 도 20 및 도 21은 그 작동 상태들을 보여준다. 도 22는 복수의 마이크로 냉각기들이 통합된 시스템을 보여준다. In the above exemplary embodiments, a secondary water loop was used to transfer heat between a particular micro cooler and its associated fan control units. It is also possible to circulate the coolant directly between the microcooler and its associated fan control units. 19-22 show embodiments using this latter approach. 19 shows the components of another micro cooler 190, while FIGS. 20 and 21 show their operating states. 22 shows a system in which a plurality of micro-coolers are integrated.

도 19의 예에 있어서, 압축기(122)는 전환 밸브(170)로 냉각제를 펌핑한다. 전환 밸브는 가압된(및 뜨거운) 냉각제 가스를 - 작동 모드에 따라서 - 열 교환기(142) 또는 팬 제어 유닛들(92) 중 하나로 보낸다. 열 교환기(142)는 열을 1차 물 루프(86)와 교환한다(중간 물 루프 또한 사용될 수 있다). 이전의 예들에서와 같이, 열 교환기(142)는 팬 제어 유닛들이 냉방 모드에서 작동하고 있을 때 열을 PWL(86)로 전달하고 팬 제어 유닛들이 난방 모드에서 작동하고 있을 때 열을 PWL로부터 수신한다. In the example of FIG. 19 , compressor 122 pumps coolant to selector valve 170 . The diverter valve directs pressurized (and hot) coolant gas - depending on the mode of operation - to either the heat exchanger 142 or the fan control units 92 . Heat exchanger 142 exchanges heat with primary water loop 86 (intermediate water loops may also be used). As in the previous examples, the heat exchanger 142 transfers heat to the PWL 86 when the fan control units are operating in the cooling mode and receives heat from the PWL when the fan control units are operating in the heating mode. .

팬 제어 유닛들로 2차 루프를 순환하는 물을 사용하기보다, 도 19의 실시예는 냉각제 순환 루프(188)를 통해 팬 제어 유닛들로 냉각제 자체를 보낸다. 냉각제의 흐름은 전환 밸브(170)의 작동을 통해 가역적으로 된다 - 이하에서 설명될 것이다. 밸브들(172, 174, 176, 178)은 개별적으로 각 팬 제어 유닛(92)으로의 흐름을 제어하므로, 팬 제어 유닛은 그 커버하는 영역 내에 난방 또는 냉방이 필요치 않을 때 스위치가 꺼질 수 있다. 코일(186)이 각 팬 제어 유닛에 마련된다. 이 코일은 작동 모드에 따라서, 증발기 또는 응축기 중 하나로 작동한다. Rather than using water circulating a secondary loop to the fan control units, the embodiment of FIG. 19 directs the coolant itself to the fan control units via a coolant circulation loop 188 . The flow of coolant is made reversible through actuation of the diverter valve 170 - as will be explained below. Valves 172 , 174 , 176 , 178 individually control flow to each fan control unit 92 so that the fan control unit can be switched off when heating or cooling is not required in the area it covers. A coil 186 is provided in each fan control unit. This coil operates as either an evaporator or a condenser, depending on the mode of operation.

팽창 밸브(180)는 각 팬 제어 유닛(92)을 위해 마련된다. 각 팽창 밸브(180)는 체크 밸브(184)를 갖는 보편적인 바이패스를 포함한다. 당업자에게 익숙하므로, 체크 밸브들(184)은 팬 제어 유닛들이 난방 모드에서 작동될 때 냉각제 흐름이 팽창 밸브들(180)을 바이패스하는 것을 허용한다. 팽창 밸브(124)는 팬 제어 유닛들이 난방 모드에서 작동될 때를 위해 제공된다. 체크 밸브(182)를 갖는 바이패스 회로는 팽창 밸브(124)가 팬 제어 유닛들이 냉방 모드에서 작동될 때 바이패스되는 것을 허용한다. An expansion valve 180 is provided for each fan control unit 92 . Each expansion valve 180 includes a universal bypass with a check valve 184 . As will be familiar to those skilled in the art, the check valves 184 allow coolant flow to bypass the expansion valves 180 when the fan control units are operated in heating mode. An expansion valve 124 is provided for when the fan control units are operated in the heating mode. A bypass circuit with a check valve 182 allows the expansion valve 124 to be bypassed when the fan control units are operating in the cooling mode.

도 20은 냉방 모드에서 다른 마이크로 냉각기(190)의 작동을 보여준다. 전환 밸브(170)가 냉방 위치에 설정된다. 압축된 냉각제 가스가 압축기(122)를 떠나서 열 교환기(142)를 통해 라우팅된다. 열 교환기(142)는 냉각 회로를 위한 응축기로서 작동한다. 냉각되고 응축된 액체 냉각제는 열 교환기(142)를 떠나서 체크 밸브(182)를 통과함으로써 팽창 밸브(124) 주위를 지난다. 액체 냉각제는 그후 각 코일(186) 내의 팽창 밸브(180)로 흐르고 팽창된 가스는 코일들(186)을 통해 흐른다(각각의 바이패스 회로의 체크 밸브(184)는 이 방향으로 흐름에 의해 닫힌다). 코일들(186)은 이 모드에서 증발기 코일들로서 작동하고 있다. 각 팬 제어 유닛들 내의 팬은 차가운 코일(186) 위의 공기를 송풍하고 이로써 공기를 냉각시킨다. 20 shows the operation of another micro cooler 190 in the cooling mode. The switching valve 170 is set in the cooling position. The compressed coolant gas leaves compressor 122 and is routed through heat exchanger 142 . Heat exchanger 142 acts as a condenser for the cooling circuit. The cooled and condensed liquid coolant leaves heat exchanger 142 and passes around expansion valve 124 by passing through check valve 182 . Liquid coolant then flows to expansion valve 180 in each coil 186 and expanded gas flows through coils 186 (check valve 184 of each bypass circuit is closed by flow in this direction) . Coils 186 are operating as evaporator coils in this mode. A fan in each of the fan control units blows air over the cold coil 186 thereby cooling the air.

코일들(186)을 떠나는 팽창된 냉각제는 압축기(122)의 흡입 측으로 전환 밸브(170)를 통해 다시 라우팅된다. 독자는 특정 팬 제어 유닛에 의해 제어되는 존에서 냉방이 필요치 않으면 밸브들(172,174,176,178)이 각 팬 제어 유닛을 차단(shut off)하도록 허용함에 유의해야 한다. Expanded coolant leaving coils 186 is routed back through diverter valve 170 to the suction side of compressor 122 . The reader should note that valves 172,174, 176,178 allow each fan control unit to shut off if cooling is not required in the zone controlled by that particular fan control unit.

도 21은 난방 모드에서 작동하는 동일한 실시예를 보여준다. 독자는 전환 밸브(170)가 그 제2 위치로 변경되었음을 인식할 것이다. 뜨거운 압축된 냉각제는 압축기(122)를 떠나서 팬 제어 유닛들의 코일들(186)로 밸브들(172-178)을 통해 라우팅된다. 이 작동 모드에서 코일들(86)은 응축기 코일들로서 작동한다. 각 팬 제어 유닛의 팬은 데워진 코일들 위의 공기를 송풍하고 공기는 데워진다. 코일들(186) 내의 냉각제는 냉각되고 응축된다. 냉각되고 응축된 액체 냉각제는 체크 밸브들(184)을 통해 팽창 밸브들(180) 주위를 흐른다. 그후 이것은 팽창 밸브(124)에 의해 팽창된다(체크 밸브(182)는 이 방향으로 흐름에 의해 닫힘에 유의하자). 팽창된 가스는 그후 열 교환기(142) 내로 흐른다. 난방 모드에서, 열 교환기(142)는 증발기 코일로서 작동하고, 1차 물 루프(86)에서 순환하는 물로부터 열을 흡수한다. 데워진 냉각제가 열 교환기(142)를 떠나기만 하면 이것은 압축기(122)의 흡입 측으로 전환 밸브(170)를 통해 다시 라우팅된다. 21 shows the same embodiment operating in heating mode. The reader will recognize that the selector valve 170 has been changed to its second position. The hot compressed coolant leaves the compressor 122 and is routed through valves 172 - 178 to the coils 186 of the fan control units. In this mode of operation the coils 86 act as condenser coils. A fan in each fan control unit blows air over the heated coils and the air is warmed. The coolant in the coils 186 cools and condenses. The cooled and condensed liquid coolant flows around the expansion valves 180 through the check valves 184 . It is then inflated by the expansion valve 124 (note that the check valve 182 is closed by the flow in this direction). The expanded gas then flows into the heat exchanger 142 . In heating mode, heat exchanger 142 acts as an evaporator coil and absorbs heat from water circulating in primary water loop 86 . Once the warmed coolant leaves the heat exchanger 142 it is routed back through the diverter valve 170 to the suction side of the compressor 122 .

도 22는 도 19 내지 도 21에 도시된 종류의 확장된 실시예를 보여준다. 이 버전에서 1차 물 루프(86) 내의 물의 온도는 열 펌프(168)에 의해 조절된다. 3 개의 별도의 마이크로 냉각기들은 PWL(86)에 연결된다. 상부 마이크로 냉각기는 열 교환기(192)를 통해 열을 교환한다. 중간 마이크로 냉각기는 열 교환기(194)를 통해 열을 교환한다. 하부 마이크로 냉각기는 열 교환기(196)를 통해 열을 교환한다. 독자는 각 마이크로 냉각기를 위한 작동 모드는 독립적임에 유의해야 한다. 상부 마이크로 냉각기는 난방 모드로 작동하고 있다. 그 연관된 팬 제어 유닛들 중 3 개는 열을 생산하고 하나는 차단된다. 중간 마이크로 냉각기 또한 난방 모드로 작동하고 있다. 그 4 개의 팬 제어 유닛들 중 2 개는 작동하고 있다. 하부 마이크로 냉각기는 냉방 모드로 작동하고 있고, 그 4 개의 연관된 팬 제어 유닛들 중 3 개는 작동하고 하나는 스위치가 꺼져 있다. 22 shows an expanded embodiment of the kind shown in FIGS. 19 to 21 . In this version the temperature of the water in the primary water loop 86 is regulated by a heat pump 168 . Three separate micro coolers are connected to the PWL (86). The upper micro cooler exchanges heat through a heat exchanger 192 . The intermediate micro cooler exchanges heat through a heat exchanger (194). The bottom micro cooler exchanges heat through a heat exchanger 196 . Readers should note that the operating mode for each microcooler is independent. The upper microcooler is operating in heating mode. Three of its associated fan control units produce heat and one is shut off. The intermediate micro cooler is also operating in heating mode. Two of the four fan control units are operational. The lower microcooler is operating in cooling mode, three of its four associated fan control units are operating and one is switched off.

도 22는 본 발명의 주요 작동 장점들 중 하나를 보여준다. 독자는 이 관점에서 상부 마이크로 냉각기가 1차 물 루프(86)를 순환하는 물로부터 열을 추출해서 그 열을 연관된 팬 제어 유닛들을 통과하는 공기로 전달하고 있음에 유의해야 한다. - 비록 상부 마이크로 냉각기는 4 개의 팬 제어 유닛들 중 3 개가 작동하고 있는 반면, 그 4 개의 팬 제어 유닛들 중 2 개만 작동하기 때문에 더 작은 속도이지만 - 중간 마이크로 냉각기 또한 PWL 내의 물로부터 열을 추출하고 있다. 22 shows one of the main operational advantages of the present invention. The reader should note in this respect that the upper micro cooler extracts heat from the water circulating through the primary water loop 86 and transfers that heat to the air passing through the associated fan control units. - Although the upper microcooler is at a lower speed because only 2 of its 4 fan control units are operating, while 3 of the 4 fan control units are operating - the middle microcooler also extracts heat from the water in the PWL and there is.

한편, 하부 마이크로 냉각기는 PWL(86)을 순환하는 물에 열을 부가하고 있다. 이것은 하부 마이크로 냉각기가 응축기로서 열 교환기(196)를 사용하고 있지만 그 팬 제어 유닛들로 냉각을 제공하기 위해 그 냉각 회로를 흐르기 때문에 사실이다. 독자는 PWL(86) 내의 물이 지속적으로 순환됨을 상기해야 한다. 이 사실의 결과는 하부 마이크로 냉각기를 통해 PWL에 부가되는 열이 상부 및 중간 마이크로 냉각기들에 의해 사용을 위해 추출된다는 것이다. 따라서, 본 발명은 외부 에너지를 부가하기보다는 건물 주위로 열 에너지를 전달한다. 일부 마이크로 냉각기들은 열을 PWL에 부가하지만 일부는 PWL로부터 열을 추출할 것이다. PWL과 하나 또는 그 이상의 마이크로 냉각기들 사이에 중간 물 루프를 통합한 실시예들에 대해서도 동일하게 설명될 수 있다. 하나의 중간 루프에 연결된 복수의 마이크로 냉각기들은 중간 루프 주위로 열 에너지를 전달할 수 있다(어떤 층의 양지의 존으로부터 동일한 층의 음지의 존으로 열을 전달하는 것과 같이). On the other hand, the lower micro cooler is adding heat to the water circulating in the PWL (86). This is true because the lower microcooler is using the heat exchanger 196 as a condenser but flows through its cooling circuit to provide cooling to its fan control units. The reader should be reminded that the water in the PWL 86 is continuously cycled. A consequence of this fact is that the heat added to the PWL through the lower micro cooler is extracted for use by the upper and middle micro coolers. Thus, the present invention transfers thermal energy around the building rather than adding external energy. Some micro coolers will add heat to the PWL but some will extract heat from the PWL. The same can be said for embodiments that incorporate an intermediate water loop between the PWL and one or more micro-coolers. A plurality of micro-coolers connected to one intermediate loop can transfer thermal energy around the intermediate loop (such as transferring heat from a sunny zone on one layer to a dark zone on the same floor).

물론, PWL 주위로 또는 PWL과 중간 물 루프들의 전달은 100% 효율이지는 않다. 또한 언제나 일정 량의 외부 에너지를 부가하거나 또는 잉여 에너지 만큼 덜어내지 않고 건물 전체를 원하는 온도로 유지하는 것도 가능하지 않을 것이다. 하지만, 이 진보적인 접근법은 종래 기술에 비해 상당한 효율성 증가를 제공한다. 이 증가의 특성은 "작동 장점들" 부분에서 상세하게 설명될 것이다. 하지만, 이 설명 전에, 일부 추가적인 구성요소들에 대한 상세사항들이 제공될 것이다. Of course, the transfer of water loops around or between PWL and intermediate water loops is not 100% efficient. Also, it will not always be possible to maintain the entire building at the desired temperature without adding or subtracting a certain amount of external energy. However, this progressive approach provides a significant increase in efficiency compared to the prior art. The nature of this increase will be described in detail in the "Operating Advantages" section. However, before this description, details of some additional components will be provided.

구성요소 상세사항들 - 압축기Component Details - Compressor

본 발명에서 사용되는 압축기는 바람직하게 무제한 언로딩 커패시티를 가진다. HVAC에서, "언로딩"은 풀 커패시티보다 작은 커패시티에서 작동하는 것을 의미한다. 압축기는 바람직하게 서비스하는 공간에 필요한 수요에 매칭되기 위해 그 속력을 달리할 수 있다. 이러한 압축기는 부하를 매칭시키기 위해 켜고 꺼야 하지는 않고 대신 그 속력을 조정할 수 있다. 부하가 작을수록 속력은 낮다. 구동 모터에서 속력이 감소되기 때문에, 전기 소비는 세제곱 비율로 떨어진다. The compressor used in the present invention preferably has an unlimited unloading capacity. In HVAC, "unloading" means operating at a capacity less than full capacity. The compressor can preferably vary its speed to match the needs of the space it serves. These compressors do not have to be turned on and off to match the load, but can instead adjust their speed. The smaller the load, the lower the speed. As the speed in the drive motor is reduced, electricity consumption falls in a cubic ratio.

압축기는 또한 바람직하게 오일-프리 설계이다. 이전에 언급된 바와 같이, 이것은 자기 베어링들, 호일 베어링들, 공기 베어링들, 또는 다른 오일-프리 기술을 이용할 수 있다. 냉각 루프에서 오일을 순환시키고 또한 필요한 곳(압축기)에서 멀리 모이지 않도록 하기 위해 종래의 오일에 기반한 시스템들은 상당히 높은 부하에서 작동되어야 한다. 오일-프리 시스템에서, 압축기는 그 정격 속력의 5% 까지 감속될 수 있다. 이 특성은 압축기는 완전히 스위치가 꺼질 필요는 당연히 없지만 대신 저속 공전으로 작동될 수 있음을 의미한다. 압축기 수명은 완전 셧다운 대신 저속 공전의 사용을 통해 상당히 연장된다. The compressor is also preferably of an oil-free design. As mentioned previously, it may use magnetic bearings, foil bearings, air bearings, or other oil-free technology. In order to circulate the oil in the cooling loop and also to prevent it from collecting far from where it is needed (compressor), conventional oil-based systems have to operate at fairly high loads. In an oil-free system, the compressor can be decelerated to 5% of its rated speed. This characteristic means that the compressor does not need to be completely switched off, but can instead be run at low idle. Compressor life is significantly extended through the use of low idle instead of full shutdown.

일부 실시예들에 있어서, 압축기는 열 교환기들 내부에 내장될 수 있다. 이 배치는 - 항상 누설 위험을 도입하는 - 외부 냉각 파이프 작업을 제거한다. In some embodiments, the compressor may be built into the heat exchangers. This arrangement eliminates external cooling pipe work - which always introduces a risk of leakage.

바람직한 실시예들에 있어서, 원심 압축기는 압축기의 속력을 변경하기 위해 인버터를 사용한다. 모든 인버터들에서와 같이, 라인 리액터의 일부 형태는 시스템 조화를 개선시키기에 바람직하다. 이 리액터들은 100% 효율은 아니고, 따라서 열을 발생시킨다. 바람직한 실시예들에 있어서, 라인 리액터는 냉각제 스트림 내에 내장되어, 라인 리액터에 의해 생성되는 열은 응축 회로로 돌려보내진다(reject). 이러한 마이크로 냉각기가 난방 모드에서 사용될 때, 라인 리액터에 의해 발생된 열은 바람직하게 난방 회로로 공급되고, 이로써 그 효율성이 개선된다. 효율성을 더 개선하는 방식으로, 리액터는 응축기와 증발기 사이에 설치되는 이코노마이저 회로에 내장될 수 있고, 하나의 팽창 장치가 2 개의 팽창 장치들로 교체되어, 이코노마이저가 응축 압력과 증발 압력 사이의 중간에 있는 온도 및 압력에서 작동하고, 손실 에너지 및 응축기 액체의 잠열의 일부가 이코노마이저에서 플래쉬 오프되어 이 가스가 그후 다시 압축기로 공급된다. 이 예에서 압축기는 제1 및 제2 단계 임펠러를 가지고, 이코노마이저 가스는 두 단계들 사이의 압축기로 공급된다. In preferred embodiments, the centrifugal compressor uses an inverter to vary the speed of the compressor. As with all inverters, some form of line reactor is desirable to improve system coordination. These reactors are not 100% efficient and therefore generate heat. In preferred embodiments, the line reactor is embedded in the coolant stream so that the heat generated by the line reactor is rejected back to the condensing circuit. When such a micro cooler is used in heating mode, the heat generated by the line reactor is preferably supplied to the heating circuit, thereby improving its efficiency. In a way to further improve the efficiency, the reactor can be built into the economizer circuit installed between the condenser and the evaporator, one expansion device being replaced by two expansion devices, so that the economizer is halfway between the condensing and evaporating pressures. Operating at the same temperature and pressure, some of the lost energy and latent heat of the condenser liquid is flashed off in the economizer and this gas is then fed back to the compressor. The compressor in this example has first and second stage impellers, and economizer gas is fed to the compressor between the two stages.

구성요소 상세사항 - 열 교환기들 및 팽창 밸브들Component Details - Heat Exchangers and Expansion Valves

열 교환기들은 스타일 및 기술에 있어서 다양할 수 있지만, 바람직한 실시예들에서는 용접 판형 열 교환기들이 사용된다. 냉각 루프에서 사용되는 응축기 및 증발기는 바람직하게 일반적인 열 교환기 조립체로서 용접될 수 있다. 일부 버전들에 있어서 압축기 및 팽창 밸브 모두는 열 교환기 조립체 내부에 통합될 수 있다. 다른 접근법은 물리적으로 분리된 열 교환기들을 가지고 또한 별도의 유닛으로 장착되거나 또는 증발기 또는 응축기 중 하나에 통합된 압축기를 가지는 것이다. 유사하게, 팽창 장치는 별개로 장착되거나, 또는 열 교환기들 중 하나 또는 모두에 완전히 통합될 수 있다. Heat exchangers may vary in style and technology, but in preferred embodiments welded plate heat exchangers are used. The condenser and evaporator used in the cooling loop can preferably be welded as a general heat exchanger assembly. In some versions both the compressor and expansion valve may be integrated within the heat exchanger assembly. Another approach is to have physically separate heat exchangers and also have a compressor mounted as a separate unit or integrated into either the evaporator or condenser. Similarly, the expansion device may be mounted separately, or may be fully integrated into one or both of the heat exchangers.

구성요소 상세사항 - 제습Component Details - Dehumidification

조절되는 공기가 제습을 필요로 할 때, 팬 제어 유닛(냉방 모드에서 작동되는)의 코일의 차가운 표면은 공기로부터 습기를 응축하고 제거하는 데 사용된다. 하지만, 제습은 필요하지만 쾌적한 기온을 유지하기 위해 공기는 재가열되어야 하는 때가 있다. 이러한 경우에 있어서 팬 제어 유닛들에 2 개의 코일들이 제공될 수 있다. 제1 코일은 2차 물 루프로부터 냉수가 순환할 것이다. 제2 보조 코일은 응축기로부터 데워진 물을 순환시킬 것이다. 차가운 코일은 잉여 습기를 응축하고 제거할 것이고 따뜻한 코일은 그후 공기를 재가열할 것이다. When the conditioned air requires dehumidification, the cold surface of the coil of the fan control unit (operated in cooling mode) is used to condense and remove moisture from the air. However, although dehumidification is necessary, there are times when the air must be reheated to maintain a comfortable temperature. In this case two coils may be provided in the fan control units. The first coil will circulate cold water from the secondary water loop. A second auxiliary coil will circulate the warm water from the condenser. The cold coil will condense and remove excess moisture and the warm coil will then reheat the air.

구성요소 상세사항 - 신선한 공기 공급 Component Details - Fresh Air Supply

바람직한 실시예들은 가압된 신선한 공기를 중앙 신선 공기 송풍기 시스템에서 팬 제어 유닛들(FCU)로 공급하기 위해 오일-프로 공기 송풍기를 사용한다. 각 FCU는 바람직하게 특정 시간에 각 존이 필요로 하는 신선한 공기의 레벨을 제어하기 위해 그 자체의 쓰로틀링 장치를 가진다. 신선한 공기 설정량을 연속적으로 공급하는 대신, 각 FCU는 바람직하게 그 자체의 이산화탄소 검출기를 가질 것이고, 이산화탄소의 레벨이 모니터링되기 때문에, 신선한 공기는 실제로 필요할 때에만 특정 존으로 도입된다. 다른 옵션은 신선 공기 공급 회로 내의 공기를 선제습하여, 공기가 건물로 도입되기 전에 제습 부하가 관리되게 하는 것으로서, 이것은 FCU들이 많을 필요가 없고, FCU들이 더 따뜻한 냉수 온도로 상황들을 제어할 수 있음을 의미한다. Preferred embodiments use an Oil-Pro air blower to supply pressurized fresh air from the central fresh air blower system to the fan control units (FCU). Each FCU preferably has its own throttling device to control the level of fresh air required by each zone at a specific time. Instead of continuously supplying a set amount of fresh air, each FCU will preferably have its own carbon dioxide detector, and since the level of carbon dioxide is monitored, fresh air is introduced into a particular zone only when actually needed. Another option is to pre-dehumidify the air in the fresh air supply circuit, so that the dehumidification load is managed before the air is introduced into the building, which does not require many FCUs, and the FCUs can control situations with a warmer cold water temperature. means

구성요소 상세사항 - 시스템 물 펌프들Component Details - System Water Pumps

각 증발기 및 응축기에는 그 자체의 냉각된 물 및 응축기 물 펌프들의 세트가 설치되어 있고, 하나의 옵션으로서, 각 펌프에는 더 낮은 부하 상황들에서 더 높은 에너지 효율을 허용하는 가변 속력 인버터가 설치된다. 각 펌프는 마이크로 냉각기 시스템에 의해 제어된다. 물 흐름이 조정되어 온도가 그 전체 사이클(cycle)를 통해 올바르게 유지된다. Each evaporator and condenser is equipped with its own set of cooled water and condenser water pumps, and, as an option, each pump is equipped with a variable speed inverter allowing higher energy efficiency in lower load situations. Each pump is controlled by a micro-chiller system. The water flow is adjusted so that the temperature is maintained correctly throughout its entire cycle.

구성요소 상세사항 - 팬 제어 유닛들Component Details - Fan Control Units

대부분의 상업용 공조기들은 공기를 냉각 또는 가열하기 위해 팬 코일 유닛들/팬 제어 유닛(FCU) 또는 공기 관리 유닛들(AHU)을 사용한다. 이 유닛들 모두는 기본적으로 동일한 작업을 하지만, FCU는 보통 더 작은 공간을 다루고 AHU는 보통 덕트 시스템이고, 더 큰 공간을 서비스한다. 이 특허에서, 용어들 FCU 및 AHU는, 어떠한 의도에서든, 상호교체가능하고, 또한 소정의 존에서 공기를 가열 또는 냉각하고 또한 습도 레벨을 제어하는 데 사용되는 장치를 기술하고자 하는 것이다. 이러한 이유로, 용어 팬 제어 유닛(FCU)이 상세한 설명 전체에서 사용되었다. Most commercial air conditioners use fan coil units/fan control units (FCU) or air management units (AHU) to cool or heat the air. All of these units do basically the same job, but the FCU usually handles a smaller space and the AHU is usually a duct system and serves a larger space. In this patent, the terms FCU and AHU are, in any case, interchangeable and are intended to describe a device used to heat or cool the air in a given zone and also to control the humidity level. For this reason, the term fan control unit (FCU) is used throughout the detailed description.

구성요소 상세사항 - 1차 물 루프Component Details - Primary Water Loop

상기에서 설명된 바와 같이, 건물 내 1차 물 루프(PWL)는 이상적으로 20과 24 ℃ 사이에서 유지된다. 각각의 마이크로 냉각기는 PWL로부터 열을 인출하거나 PWL로 열을 돌려보낸다. PWL에서 순환하는 물의 온도는 다양한 종래 HVAC 시스템들을 이용해 유지될 수 있다. 2 가지 주요한 접근법들이 있다. 첫번째는, PWL의 물이 열 생성기(보일러와 같은)를 통해 그후 냉각 타워의 증발식 냉각기를 통해 흐를 수 있다. 제어 밸브들이 필요에 따라 물을 가열 장치 또는 냉각 장치로 안내하는 데 사용된다. 더 더운 여름날에는, PWL이 24 ℃ 이상 올라가는 것이 허용될 수 있다. As explained above, the primary water loop (PWL) in the building is ideally maintained between 20 and 24 °C. Each micro cooler draws heat from or returns heat to the PWL. The temperature of the water circulating in the PWL can be maintained using a variety of conventional HVAC systems. There are two main approaches. First, the water in the PWL can flow through a heat generator (such as a boiler) and then through an evaporative cooler in a cooling tower. Control valves are used to direct water to a heating or cooling device as required. On hot summer days, it may be acceptable for the PWL to rise above 24 °C.

두번째 주요 접근법은 PWL 온도를 조절하기 위해 열 펌프 냉각기를 사용하는 것이다. 물이 20 - 24 ℃ 범위를 벗어나면, 열 펌프 냉각기가 필요에 따라 루프를 가열 또는 냉각하도록 작동한다. 한 해 중 많은 경우 PWL은 건물 주위로 열을 전달하고 있고 외부 열 에너지는 필요치 않다. 다른 경우 열 펌프 또는 다른 장치가 적절한 온도를 유지하기 위해 작동된다. The second major approach is to use a heat pump cooler to regulate the PWL temperature. When the water is outside the range of 20 - 24 °C, the heat pump cooler operates to heat or cool the loop as needed. At many times of the year the PWL is transferring heat around the building and no external thermal energy is required. In other cases, a heat pump or other device is operated to maintain the proper temperature.

기존 건물의 경우에 있어서, PWL로서 기존의 냉각된 물, 또는 가열된 물 회로를 이용하는 것이 가능할 수 있다. 일 예로서, 기존 물 회로가 변환되어 기존의 보일러 및 기존의 냉각기가 직렬로, 또는 병렬로 파이핑될 수 있다. 이 진보적인 마이크로 냉각기들을 사용하면, 종래 냉각기는 종래 기술에서 필요한 7 ℃ 보다는 20 ℃에서 물을 제공하기 위해 조정될 수 있다. 유사하게, 보일러 출력 온도는 종래 기술에서 발견되는 50 ℃ 대신 22 ℃로 감소될 수 있다. 이것은 보일러와 냉각기 모두의 효율을 크게 개선시키고 전체 시스템의 효율을 증가시킬 수 있다. In the case of existing buildings, it may be possible to use an existing cooled water or heated water circuit as PWL. As an example, an existing water circuit can be converted so that an existing boiler and an existing cooler can be piped in series or in parallel. Using these advanced micro coolers, conventional coolers can be tuned to provide water at 20 °C rather than the 7 °C required in the prior art. Similarly, the boiler output temperature can be reduced to 22°C instead of the 50°C found in the prior art. This can greatly improve the efficiency of both the boiler and cooler and increase the efficiency of the overall system.

구성요소 설명 - 마이크로 냉각기 하드웨어 유닛들Component Description - Micro Chiller Hardware Units

마이크로 냉각기의 물리적 실시예가 도 11 및 도 12에 도시되어 있다. 이 유닛은 각 층의 기존의 장비 공간들에 장착되기에 충분히 작고 또한 엘리베이터를 ㅌ통해 이동되기에 충분히 작다. 그러므로, 기존 건물에 이러한 유닛을 개보수하는 것이 어렵지는 않을 것이다.A physical embodiment of the micro cooler is shown in FIGS. 11 and 12 . The unit is small enough to fit into the existing equipment spaces on each floor and small enough to be moved via an elevator. Therefore, it will not be difficult to retrofit such a unit in an existing building.

팬 제어 유닛들은 다양한 크기로 만들어질 수 있다. 작은 버전은 원룸의 공기 레지스터를 대체할 것이다. 더 큰 버전은 공기 덕트들의 추가로 전체 존을 커버할 수 있다. 팬 제어 유닛들을 공급하는 물 루프는 크거나 또는 무거운 파이핑을 요구하지 않는다. 이것은 대부분의 사무실 건물들에서 발견되는 이중 천장들을 통해 라우팅될 수 있다. Fan control units can be made in various sizes. The smaller version will replace the air resistor in the studio. A larger version can cover the entire zone with the addition of air ducts. The water loop supplying the fan control units does not require large or heavy piping. This can be routed through the double ceilings found in most office buildings.

구성요소 설명 - 소프트웨어에 기초한 제어 유닛들Component Description - Software-Based Control Units

이 진보적인 실시예들은 바람직하게 소프트웨어에 기초한 제어 시스템에 의해 제어된다. 바람직한 실시예들에 있어서, PPACA(Predictive Preemptive Automation Control Algorithm)는 전체 제어 시스템의 일부로서 사용된다. PPACA는 특정 존 내에서 에너지 밸런스, 및 전체 시스템 내에서 에너지 밸런스를 제어하도록 설계된다. 이것은 PPACA 시스템이 온도, 습도, 커패시티, 이산화탄소 레벨, 신선한 공기, 조명, 보안, 연기 검출을 제어하고 또한 하나의 장치로부터 에너지 소비를 예측할 수 있음을 의미한다. 이 PPACA는 마이크로 냉각기들의 전체 출력에 중요하고, 또한 제어 조건들, 효율성 및 전체 작동에 유연성을 부가한다. These inventive embodiments are preferably controlled by a software-based control system. In preferred embodiments, the Predictive Preemptive Automation Control Algorithm (PPACA) is used as part of the overall control system. PPACA is designed to control the energy balance within a specific zone, and the energy balance within the overall system. This means that the PPACA system can control temperature, humidity, capacity, carbon dioxide levels, fresh air, lighting, security, smoke detection and also predict energy consumption from one device. This PPACA is important to the overall output of micro coolers, but also adds flexibility to control conditions, efficiency and overall operation.

PPACA는 마이크로 냉각기 시스템들에 통합되고, 또한 존들의 제어 뿐만 아니라 마이크로 냉각기들을 제어하는 데 사용된다. 하지만, 일부 경우들에 있어서 PPACA는 별개의 제어 유닛으로서 공급될 수 있고, 다른 경우들에 있어서는 중앙 제어 시스템에, 또는 다수의 존들을 제어하는 다수의 영역별 제어 시스템들에 통합될 것이다. 예를 들어, 하나의 PPACA는 한 층의, 또는 다수의 층들의 다수의 존들 또는 전체 건물의 모든 존들을 제어할 수 있다. The PPACA is integrated into micro cooler systems and is also used to control the micro coolers as well as the control of zones. However, in some cases the PPACA may be supplied as a separate control unit, and in other cases it will be integrated into a central control system or into multiple regional control systems controlling multiple zones. For example, one PPACA may control multiple zones of one floor, or multiple floors, or all zones of an entire building.

설명을 용이하게 하기 위해, 제어 시스템은 제어되는 다양한 장치들 사이에서 통신하기 위해, 블루투스와 같은, 설립된 통신 프로토콜을 이용할 수 있고, 또한 셀 폰 또는 패드에 의해 원격 제어될 수 있다. 또한 제어 시스템을 중앙 제어 센터, 또는 사외(off site)를 포함하여, 어디에나 위치될 수 있는 서비스 기술자와 같은, 다른 단체들에 의해 원격으로 제어되고 조사될 수 있도록 설정되는 것 또한 가능하다. For ease of explanation, the control system may use an established communication protocol, such as Bluetooth, to communicate between the various devices being controlled, and may also be remotely controlled by a cell phone or pad. It is also possible to set up the control system to be remotely controlled and inspected by other entities, such as a central control center, or service technicians who may be located anywhere, including off site.

PPACA의 바람직한 특성은 미래의 전기 현물 가격을 예측할 수 있는 능력, 및 에너지 비용이 급증하기 시작할 때 에너지를 사용할 필요가 감소되도록 미리 각 공간의 조건을 조정할 수 있는 능력이다. 이것은 건물을 열 저장 배터리가 되도록 하는 것에 의해 수행된다. PPACA는 순간마다 전기 현물 가격 및 날씨 패턴을 일자별로 PPACA 데이터베이스에 기록한다. 이것은 전력의 현물 가격 및 투영된 날씨 예보에 접근하는 것에 의한다(바람직하게 인터넷에 기반한 리소스들을 이용해). 이것은 시스템이 존 내의 부하가 언제 변경될 것인지에 대한 그 자체의 예측을 하는 것을 허용하고, 또한 에너지 비용이 언제 증가하고 감소할지 예측하는 것을 허용한다. 이러한 예측을 함으로써, 에너지 비용이 낮아질 때, 미리 각 존의 온도를 낮추거나 또는 올릴 수 있고, 그후 전력 비용이 증가할 때 시스템에 대한 수요를 감소시킨다. 에너지 비용이 더 높을 때, 부하는 의도적으로 낮춰지고 건물 내에 저장되는 에너지(여름에는 더 차가운 공기, 및 겨울에는 더 따뜻한 공기)는 원하는 설정 온도에 더 가까운 온도가 되도록 하는 데 사용된다. 이것은 건물 내에 저장된 에너지를 활용하고 사실상 건물을 열 배터리로 만든다. Desirable properties of PPACA are its ability to predict future spot prices of electricity, and the ability to condition each space in advance so that the need to use energy is reduced when energy costs begin to skyrocket. This is done by turning the building into a heat storage battery. PPACA records moment-to-moment electricity spot prices and weather patterns on a daily basis in the PPACA database. This is by accessing the spot price of electricity and projected weather forecasts (preferably using internet-based resources). This allows the system to make its own predictions about when the load in the zone will change, and also allows the system to predict when energy costs will increase and decrease. By making this prediction, it is possible to lower or raise the temperature of each zone in advance when the energy cost is lower, and then reduce the demand on the system when the electric power cost rises. When energy costs are higher, the load is deliberately lowered and the energy stored within the building (cooler air in summer and warmer air in winter) is used to bring the temperature closer to the desired set point. This utilizes the energy stored within the building and effectively turns the building into a heat battery.

작동 장점들operational advantages

마이크로 냉각기 접근법의 사용의 주요 장점은 마이크로 냉각기 자체의 냉각 회로 내부의 압력 비를 감소시키는 그 능력에 있다. 냉각 사이클은 "높은 쪽" 및 "낮은 쪽"을 가진다. "높은 쪽"은 압축기의 출력 측으로부터 팽창 밸브까지에 존재하는 상대적으로 높은 압력을 지칭한다. "낮은 쪽"은 팽창 밸브의 하류 측으로부터 압축기의 흡입 측까지에 존재하는 상대적으로 낮은 압력을 지칭한다. 용어 "압력 비"는 높은 쪽과 낮은 쪽 사이의 비율을 지칭한다. A major advantage of the use of the microcooler approach lies in its ability to reduce the pressure ratio inside the cooling circuit of the microcooler itself. The cooling cycle has a “high side” and a “low side”. "High side" refers to the relatively high pressure present from the output side of the compressor to the expansion valve. "Low side" refers to the relatively low pressure present from the downstream side of the expansion valve to the suction side of the compressor. The term “pressure ratio” refers to the ratio between the high side and the low side.

이 진보적인 마이크로 냉각기가 냉방 모드에서 작동하고 있을 때, 응축기는 20과 24 ℃ 사이에서 유지되고, 2차 물 루프에서 순환하는 냉각된 물(도 9의 126)은 7과 24 ℃ 사이에서 작동된다. 이것은 마이크로 냉각 내부의 압력 비가 1.05와 1.4 사이에서 변하는 것을 허용한다. 압력 비는 부하와 함께 달라진다. When this advanced micro-chiller is operating in cooling mode, the condenser is maintained between 20 and 24 °C, and the cooled water circulating in the secondary water loop (126 in Fig. 9) is operated between 7 and 24 °C. . This allows the pressure ratio inside the microcooling to vary between 1.05 and 1.4. The pressure ratio varies with the load.

이 진보적인 마이크로 냉각기가 난방 모드에서 작동하고 있을 때, 응축기는 24와 45 ℃ 사이에서 작동하고 증발기는 15와 20 ℃ 사이에서 작동한다. 이것은 마이크로 냉각기의 냉각 사이클 내부의 압력 비가 1.1과 2.9 사이에서 변하는 것을 허용한다. 냉방 모드에서와 유사하게, 압력 비는 부하와 함께 달라진다. When this advanced micro cooler is operating in heating mode, the condenser operates between 24 and 45 °C and the evaporator operates between 15 and 20 °C. This allows the pressure ratio inside the cooling cycle of the microcooler to vary between 1.1 and 2.9. Similar to the cooling mode, the pressure ratio varies with the load.

사용되는 압력 비는 HVAC 시스템의 전체 효율에 상당히 영향을 준다. 종래의 냉각기는 2.2와 3.8 사이의 압력 비와 함께 작동한다. 이 더 높은 압력 비는 본 발명과 비교하면 효율성이 낮다. The pressure ratio used significantly affects the overall efficiency of the HVAC system. Conventional coolers operate with pressure ratios between 2.2 and 3.8. This higher pressure ratio is less efficient compared to the present invention.

HVAC 시스템에서의 효율은 원하는 기온과 열 "싱크" 소스의 온도 사이의 차이에 의해 대체적으로 견인된다. 큰 차이는 높게 부하가 걸리는 HVAC 시스템 및 효율에 있어서의 결과적 감소를 요구한다. 종래의 냉각기에 기초한 시스템은 통상적으로 큰 온도 차이 및 이로 인한 낮은 효율을 가진다. Efficiency in HVAC systems is largely driven by the difference between the desired air temperature and the temperature of the heat "sink" source. The big difference requires a highly loaded HVAC system and consequent reduction in efficiency. Systems based on conventional coolers typically have large temperature differences and thus low efficiencies.

많은 도시들에서, 기후는 연중 대부분 온화하다. 여름 및 겨울이 존재하긴 하지만, 연중 많은 부분은 온화한 날씨에서 보낸다. 온도가 하루 종일 달라지는 온화한 날씨에서, 및 많은 경우들에 있어서, 건물들은 냉방 및 난방이 동시에 작동되는 것이 필요하다. 선선한 아침에 건물의 동쪽 벽에 태양이 비추는 시간이 있을 수 있고, 건물의 이 측면은 냉방을 필요로 한다. 하지만, 태양에 노출되지 않는 건물의 다른 부분들은 여전히 난방을 필요로 할 수 있다. 이 경우에 있어서, 냉각기는 온수 보일러들과 함께 작동되는 것이 필요하고, 이 경우들에 있어서, 설비는 종종 뜨거운 물(40-60 ℃) 및 냉각된 물(7-10 ℃) 모두를 건물 전체의 팬 코일 유닛들로 공급한다. 난방 또는 냉방 밸브 중 하나가 특정 존의 필요를 충족시키기 위해 특정 FCU에서 열린다. 각 경우에 있어서 냉각기 및 보일러 모두가 부분 부하에서 작동하지만, 각각은 설정-점 온도에서 작동해야 한다. 작은 수요만 있을지라도, 이 설정점 온도는 유지된다. 종래 기술에서, 2 개의 설정 점들이 유지되어야 한다 - 대략 7 도 및 대략 50 도. 이 진보적인 시스템에 있어서는, 대략 20 도의 하나의 물 온도가 유지된다. In many cities, the climate is mild most of the year. Although summer and winter do exist, much of the year is spent in mild weather. In mild weather, where temperatures vary throughout the day, and in many cases, buildings require both cooling and heating to operate simultaneously. There may be times when the sun shines on the east wall of the building on a cool morning, and this side of the building needs air conditioning. However, other parts of the building that are not exposed to the sun may still need heating. In this case, the cooler needs to be operated in conjunction with hot water boilers, and in these cases, the plant often pumps both hot water (40-60 °C) and cooled water (7-10 °C) to the entire building. Supply to fan coil units. One of the heating or cooling valves opens in a specific FCU to meet the needs of a specific zone. In each case both the chiller and boiler operate at part load, but each must operate at set-point temperature. Even with small demand, this set point temperature is maintained. In the prior art, two set points must be maintained - approximately 7 degrees and approximately 50 degrees. In this advanced system, one water temperature of approximately 20 degrees is maintained.

도 23 및 도 24는 2 가지의 종래 시스템들에 대하여 이 진보적인 시스템의 성능 계수를 비교한다. 도 23은 냉방 모드에서의 작동의 비교를 보여준다. 부하 범위는 최대 커패시티의 20%와 100% 사이의 작동들을 보여준다. 수직 선은 IPLV( Integrated Part Load Value) 평균 부하를 보여준다. 상부 곡선(198)은 이 진보적인 마이크로 냉각기 시스템의 다양한 부하들에서의 성능 계수(COP)를 보여준다. 중간 곡선(200)은 플로리다의 탈라하시의 댄포스 터보코르(Danfoss Turbocor)에 의해 팔리는 것과 같은, 자기 베어링 기술을 갖는 압축기를 사용하는 냉각기 시스템의 COP를 보여준다. 하부 곡선(202)은 공기-냉각 냉각기를 사용하는 종래의 냉각기 시스템의 COP를 보여준다. 독자는 이 진보적인 시스템이 모든 부하 레벨들에서 더 높은 COP를 가짐을 관찰하기 때문에, 효율 이득들은 더 낮은 부하 레벨들에서 더 극적이게 된다. 도 24는 결합된 난방 및 냉방 주기의 동일한 비교를 보여준다. 그러므로 독자는 본 발명이 종래 기술에 비해서 상당한 효율 장점을 제공함을 이해할 것이다. Figures 23 and 24 compare the coefficient of performance of this advanced system with respect to two conventional systems. 23 shows a comparison of operation in cooling mode. The load range shows operations between 20% and 100% of maximum capacity. The vertical line shows the Integrated Part Load Value (IPLV) average load. Upper curve 198 shows the coefficient of performance (COP) at various loads of this advanced micro cooler system. Middle curve 200 shows the COP of a chiller system using a compressor with magnetic bearing technology, such as sold by Danfoss Turbocor of Tallahassee, Florida. Lower curve 202 shows the COP of a conventional chiller system using an air-cooled chiller. As the reader observes that this advanced system has a higher COP at all load levels, the efficiency gains become more dramatic at lower load levels. 24 shows the same comparison of combined heating and cooling cycles. The reader will therefore appreciate that the present invention provides significant efficiency advantages over the prior art.

도 25는 종래 시스템들과 비교하여 이 진보적인 마이크로 냉각기 시스템의 압력 비들의 플롯을 보여준다. 부하들의 통상 범위에 있어서 이 진보적인 시스템은 더 낮은 압력 비를 사용하고 이로써 더 높은 효율을 달성한다. 도시된 플롯은 실제로 보수적이고 이 진보적인 시스템의 장점은 일반적으로 도시된 것보다 더 크다. 25 shows a plot of the pressure ratios of this advanced micro-chiller system compared to conventional systems. For a typical range of loads, this advanced system uses a lower pressure ratio and thereby achieves higher efficiency. The plots shown are in fact conservative and the advantages of this progressive system are generally greater than those shown.

본 발명은 많은 추가적인 특징들 및 실시예들을 포함하는데, 이것은 수많은 방식들로 결합될 수 있다. 추가적인 예시적인 특징들 및 실싣예들은 이하를 포함한다: The invention includes many additional features and embodiments, which may be combined in numerous ways. Additional exemplary features and implementations include:

1. 물이 바람직한 순환 매체로 설명되었지만, 많은 다른 물질들이 그 자리에 사용될 수 있다. 1. Although water has been described as the preferred circulating medium, many other materials may be used in place.

2. 도 8 내지 도 10의 실시예는 냉각제 순환은 역전되지만 2차 물 루프에서의 물 순환은 여전히 일정하도록 변형될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 2 개의 열 교환기들의 역할은 냉각제의 순환 방향의 변경을 통해 역전될 것이다. 전환 밸브(도 20에 도시된 바와 같은)는 이 목적으로 사용될 수 있다. 2. The embodiment of Figures 8-10 can be modified such that the coolant circulation is reversed but the water circulation in the secondary water loop is still constant. In this embodiment, the roles of the two heat exchangers will be reversed through a change in the direction of circulation of the coolant. A diverter valve (as shown in FIG. 20 ) may be used for this purpose.

3. 압축기에 호일 베어링들을 사용하는 실시예들에 있어서, 압축기 속력이 호일 베어링의 "리프트오프" 속력 이하로 떨어지도록 허용하지 않는 것이 바람직하다. 이 경우들에 있어서 제어 시스템은 물 흐름 제어 밸브들이 주기적으로 역전하는 동안 압축기는 느리게 작동하도록 설정하여 난방 및 냉방 모드들이 순환되고 순 난방 또는 냉방이 팬 제어 유닛들을 통과한 공기에 적용되지 않도록 할 수 있다. 3. In embodiments using foil bearings in the compressor, it is desirable not to allow the compressor speed to drop below the "liftoff" speed of the foil bearing. In these cases, the control system can set the compressor to operate slowly while the water flow control valves periodically reverse so that the heating and cooling modes are cycled and no net heating or cooling is applied to the air passing through the fan control units. there is.

4. PWL 내의 물의 온도는 건물 내부의 공기의 온도에 근접할 것이기 때문에, PWL의 절연 요건들은 종래의 온수 및 냉수 루프들보다 훨씬 더 작을 것이다. 4. Since the temperature of the water in the PWL will be close to the temperature of the air inside the building, the insulation requirements of the PWL will be much smaller than that of conventional hot and cold water loops.

5. 진보적인 PPACA(Predictive Preemptive Automation Control Algorithm)는 미래 HVAC 부하들(단기적으로)을 예측하고 또한 에너지 가격을 예측한다. 작동 비용을 감소시키기 위해, PPACA는 건물을 "열 배터리"로서 사용하는 능력을 가진다. 에를 들어, PPACA는 저렴한 에너지 기간 동안 최적 이하로 건물의 온도를 감소시켜 고가의 에너지 기간 동안 더 낮은 커패시티에서 작동하면서 이 "저장된 냉방"을 환원시킬 수 있다. 5. The Predictive Preemptive Automation Control Algorithm (PPACA) predicts future HVAC loads (short-term) and also predicts energy prices. To reduce operating costs, PPACA has the ability to use the building as a “thermal battery”. For example, PPACA can reduce the temperature of a building to sub-optimal during periods of low energy, reducing this "stored cooling" while operating at a lower capacity during periods of high energy.

6. PPACA는 건물의 다른 HVAC 존들에 다른 우선순위를 부여하도록 설정될 수 있다. 일부 존들은 에너지 비용에 상관없이 원하는 온도를 유지하는 한편, 나머지 존들은 절연을 위해 더 폭넓게 변하는 것이 허용되도록 설정될 수 있다. 일 예로서, 병원의 수술실들은 어떠한 상황에서도 설정 온도가 유지되도록 "중요한" 것으로 간주될 수 있다. 동일한 병원 건물 내의 관리 사무실들은 비용이 상승하는 기간 동안 더 따뜻하게 되도록 허용될 수 있다. 6. PPACA can be set up to give different priorities to different HVAC zones of a building. Some zones can be set up to maintain a desired temperature regardless of energy cost, while others are allowed to vary widely for insulation. As an example, operating rooms in a hospital may be considered "critical" to ensure that a set temperature is maintained under any circumstances. Administrative offices within the same hospital building may be allowed to warm up during periods of rising costs.

7. 종래 시스템에 있어서, 온수 및 냉수는 일정한 온도로 유지되고, 물 바이패스 밸브들이 다양한 공기 조절기들을 통해 물의 흐름을 설정하는 데 사용된다. 특정 공기 조절기를 통해 흐르는 물의 량은 전환(diversion) 또는 3방향(three way) 밸브를 통한 흐름에 의해 설정된다. 이 밸브들은 필요한 양의 냉방 또는 난방을 제공하기 위해 충분한 물이 특정 공기 조절기의 코일을 흐르도록 허용한다. 물의 나머지는 코일을 바이패스하여 다시 코일의 다른 측 상의 복귀 라인으로 연결한다. 이것은 낭비적인 재순환을 생성한다. 본 발명에 있어서, 흐름 속도는 코일을 통해 상당히 일정하고, 커패시티는 (물 흐름 속도보다는) 물의 온도를 변경시키는 것에 의해 조정된다. 이 사실은 본 발명이 종래 방법보다 훨씬 더 높은 효율로 작동하는 것을 허용한다. 이 사실은 또한 마이크로 냉각기 냉방 회로에 더 낮은 압력 비의 사용을 허용하고, 이것은 필요한 압축기 속력을 감소시킨다. 전기 에너지 소비는 압축기 속력이 반으로 감소되면 세제곱 비에 의해 감소된다. 종래 냉각기 로딩 및 언로딩은 공급 물 또는 복귀 물을 일정 온도로 유지하는 것에 의해 제어된다. 종래 시스템은 예측할 수 없는 공기 조절기의 풀 로드 조건을 취급할 수 있기 때문에, 대부분의 기계들은 제어 점과 같은 공급 물 온도를 사용한다. 본 발명에 있어서, 로딩 및 언로딩은 존을 기초로 하여 제어된다. 각 마이크로 냉각기의 커패시티는 그 제어하는 존의 실제 주변 온도에 의해 제어된다. 공간의 온도가 설정 점에 가까울수록, 압축기는 느리게 작동하고, 또한 더 효율적으로 된다. 7. In a conventional system, hot and cold water are maintained at a constant temperature, and water bypass valves are used to set the flow of water through various air regulators. The amount of water flowing through a particular air regulator is set by a diversion or flow through a three way valve. These valves allow enough water to flow through the coil of a particular air conditioner to provide the required amount of cooling or heating. The remainder of the water bypasses the coil and connects back to the return line on the other side of the coil. This creates wasteful recycling. In the present invention, the flow rate is fairly constant through the coil, and the capacity is adjusted by changing the temperature of the water (rather than the water flow rate). This fact allows the present invention to operate with much higher efficiencies than conventional methods. This fact also allows the use of a lower pressure ratio in the micro-chiller cooling circuit, which reduces the required compressor speed. Electrical energy consumption is reduced by the cube ratio when the compressor speed is halved. Conventional chiller loading and unloading is controlled by maintaining the feed or return water at a constant temperature. Because conventional systems can handle the unpredictable full load conditions of the air conditioner, most machines use the same feed temperature as the control point. In the present invention, loading and unloading are controlled on a zone basis. The capacity of each microcooler is controlled by the actual ambient temperature of the zone it controls. The closer the room's temperature is to the set point, the slower the compressor will run, and the more efficient it will be.

이전의 상세한 설명이 중요한 상세사항을 포함하지만, 이것은 본 발명의 바람직한 실시예들의 설명을 위해 제공된 것에 불과하고 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 본 발명의 범위는 주어진 예들보다는 궁극적으로 표현된 청구항들에 의해 고정되어야 한다. Although the foregoing detailed description contains important details, it is provided for the purpose of description of preferred embodiments of the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention. Accordingly, the scope of the invention should be fixed by the claims ultimately expressed rather than by the examples given.

10 건물(building)
12 층(floor)
14 냉각기 시설(chiller plant)
16 온수 시설(hot water plant)
18 공기 조절기(air handler)
20 공기 덕트 시스템(air duct system)
24 냉각 타워(cooling tower)
26 순환 펌프(circulation pump)
27 순환 펌프(circulation pump)
28 냉수 루프(cold water loop)
30 순환 펌프(circulation pump)
32 냉각 타워 회로(cooling tower circuit)
34 입력 파워(input power)
36 가스 입구(gas inlet)
38 배출 연통(exhaust flue)
40 온수 루프(hot water loop)
42 재순환 팬(recirculation fan)
44 메인 팬(main fan)
46 흡입구(intake)
48 배출구(exhaust)
50 공기 밸브(air valve)
52 공기 밸브(air valve)
54 공기 밸브(air valve)
56 쓰로틀링 밸브(throttling valve)
58 쓰로틀링 밸브(throttling valve)
60 중앙 존(center zone)
62 동쪽 존(east zone)
64 북쪽 존(north zone)
66 서쪽 존(west zone)
68 남쪽 존(south zone)
70 층(floor)
72 전달 레지스터(delivery register)
74 분배 덕트(distribution duct)
76 중앙 존 공기 조절기(center zone air handler)
78 동쪽 존 공기 조절기(east zone air handler)
80 북쪽 존 공기 조절기(north zone air handler)
82 서쪽 존 공기 조절기(west zone air handler)
84 남쪽 존 공기 조절기(south zone air handler)
86 1차 물 루프(primary water loop)
88 1차 물 루프 조절 시스템(primary water loop regulation system)
90 마이크로 냉각기(micro chiller)
92 팬 제어 유닛(fan control unit)
94 복귀 라인(return line)
96 공급 라인(feed line)
98 밸브(valve)
100 밸브(valve)
102 밸브(valve)
104 밸브(valve)
106 밸브(valve)
108 밸브(valve)
110 밸브(valve)
112 밸브(valve)
114 펌프(pump)
116 펌프(pump)
118 열 교환기(heat exchanger)
120 열 교환기(heat exchanger)
122 압축기(compressor)
124 팽창 밸브(expansion valve)
126 2차 물 루프(secondary water loop)
128 섀시(chassis)
130 전환 밸브 조립체(reversing valve assembly)
132 연결 점(connection point)
134 컨트롤러 하우징(controller housing)
136 신선한 공기 덕트(fresh air duct)
138 공기 제어 밸브(air control valve)
140 재순환 공기 입구(recirculation air inlet)
142 열 교환기(heat exchanger)
144 중간 물 루프(intermediate water loop)
146 제1 마이크로 냉각기(first micro chiller)
148 제2 마이크로 냉각기(second micro chiller)
150 제3 마이크로 냉각기(third micro chiller)
152 제1 2차 물 루프(first secondary water loop)
154 제2 2차 물 루프(second secondary water loop)
156 제3 2차 물 루프(third secondary water loop)
158 증발식 응축기(evaporative condenser)
160 보일러(boiler)
162 펌프(pump)
168 열 펌프(heat pump)
170 전환 밸브(reversing valve)
172 밸브(valve)
174 밸브(valve)
176 밸브(valve)
178 밸브(valve)
180 팽창 밸브(expansion valve)
182 체크 밸브(check valve)
184 체크 밸브(check valve)
186 코일(coil)
188 냉각제 순환 루프(refrigerant circulation loop)
190 대체 마이크로 냉각기(alternate micro chiller)
192 열 교환기(heat exchanger)
194 열 교환기(heat exchanger)
196 열 교환기(heat exchanger)
198 마이크로 냉각기 곡선(micro chiller curve)
200 자기 베어링 곡선(magnetic bearing curve)
202 종래 냉각 곡선(conventional cooling curve)
10 building
12th floor
14 chiller plant
16 hot water plant
18 air handler
20 air duct system
24 cooling tower
26 circulation pump
27 circulation pump
28 cold water loop
30 circulation pump
32 cooling tower circuit
34 input power
36 gas inlet
38 exhaust flue
40 hot water loop
42 recirculation fan
44 main fan
46 intake
48 exhaust
50 air valve
52 air valve
54 air valve
56 throttling valve
58 throttling valve
60 center zone
62 east zone
64 north zone
66 west zone
68 south zone
70th floor
72 delivery register
74 distribution duct
76 center zone air handler
78 East zone air handler
80 north zone air handler
82 West zone air handler
84 south zone air handler
86 primary water loop
88 primary water loop regulation system
90 micro chiller
92 fan control unit
94 return line
96 feed line
98 valve
100 valve
102 valve
104 valve
106 valve
108 valve
110 valve
112 valve
114 pump
116 pump
118 heat exchanger
120 heat exchanger
122 Compressor
124 expansion valve
126 secondary water loop
128 chassis
130 reversing valve assembly
132 connection point
134 controller housing
136 fresh air duct
138 air control valve
140 recirculation air inlet
142 heat exchanger
144 intermediate water loop
146 first micro chiller
148 Second micro chiller
150 third micro chiller
152 first secondary water loop
154 second secondary water loop
156 third secondary water loop
158 evaporative condenser
160 boiler
162 pump
168 heat pump
170 reversing valve
172 valve
174 valve
176 valve
178 valve
180 expansion valve
182 check valve
184 check valve
186 coil
188 refrigerant circulation loop
190 Alternate micro chiller
192 heat exchanger
194 heat exchanger
196 heat exchanger
198 micro chiller curve
200 magnetic bearing curve
202 Conventional cooling curve

Claims (20)

건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법에 있어서,
(a) 액상 코일 및 팬을 갖는 팬 제어 유닛을 제공하는 단계, 상기 팬은 상기 액상 코일 위 및 상기 공간으로 공기를 송풍하도록 구성되고;
(b) 이하를 포함하는 마이크로 냉각기를 제공하는 단계,
(ⅰ) 압축기,
(ⅱ) 응축기,
(ⅲ) 팽창 밸브,
(ⅳ) 증발기, 및
(ⅴ) 상기 압축기에서 상기 응축기로, 상기 팽창 밸브로, 상기 증발기로, 다시 상기 압축기로, 냉각제를 순환시키도록 구성된 냉각제 순환 루프;
(c) 상기 건물을 통해 흐르는 1차 액체 루프를 제공하는 단계;
(d) 상기 마이크로 냉각기와 상기 팬 제어 유닛 사이에서 흐르는 2차 액체 루프를 제공하는 단계;
(e) 18 ℃와 26 ℃ 사이에서 상기 1차 액체 루프를 유지하는 단계;
(f) 상기 마이크로 냉각기의 상기 증발기를 통한 흐름을 제어하는 제1 밸브 세트를 제공하는 단계;
(g) 상기 마이크로 냉각기의 상기 응축기를 통한 흐름을 제어하는 제2 밸브 세트를 제공하는 단계;
(h) 상기 공간에 난방이 필요할 때 상기 증발기를 통해 상기 1차 액체 루프에서 액체를 순환시키도록 상기 제1 밸브 세트를 설정하고 또한 상기 응축기를 통해 상기 2차 액체 루프에서 액체를 순환시키도록 상기 제2 밸브 세트를 설정하는 단계;
(i) 상기 공간에 난방이 필요할 때 상기 증발기를 통해 상기 2차 액체 루프에서 액체를 순환시키도록 상기 제1 밸브 세트를 설정하고 또한 상기 응축기를 통해 상기 1차 액체 루프에서 액체를 순환시키도록 상기 제2 밸브 세트를 설정하는 단계를 포함하는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
A method of controlling the temperature of a space in a building, the method comprising:
(a) providing a fan control unit having a liquid coil and a fan, the fan configured to blow air over the liquid coil and into the space;
(b) providing a micro cooler comprising:
(i) a compressor;
(ii) a condenser;
(iii) an expansion valve;
(iv) an evaporator, and
(v) a coolant circulation loop configured to circulate coolant from the compressor to the condenser, to the expansion valve, to the evaporator, and back to the compressor;
(c) providing a primary liquid loop flowing through the building;
(d) providing a secondary liquid loop flowing between the micro cooler and the fan control unit;
(e) maintaining said primary liquid loop between 18 °C and 26 °C;
(f) providing a first set of valves controlling the flow of the micro-cooler through the evaporator;
(g) providing a second set of valves controlling the flow of the micro-cooler through the condenser;
(h) setting said first set of valves to circulate liquid in said primary liquid loop through said evaporator and circulate liquid in said secondary liquid loop through said condenser when said space requires heating; establishing a second set of valves;
(i) setting said first set of valves to circulate liquid in said secondary liquid loop through said evaporator when heating is required in said space and to circulate liquid in said primary liquid loop through said condenser; establishing a second set of valves;
How to control the temperature of a space within a building.
제 1 항에 있어서, 20 ℃와 24 ℃ 사이에서 상기 1차 액체 루프를 유지하는 단계를 포함하는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
2. The method of claim 1 comprising maintaining the primary liquid loop between 20 °C and 24 °C.
How to control the temperature of a space within a building.
제 1 항에 있어서, 상기 1차 액체 루프 및 상기 2차 액체 루프는 물을 담고 있는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
The method of claim 1 , wherein the primary liquid loop and the secondary liquid loop contain water.
How to control the temperature of a space within a building.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 밸브 세트는 스풀 밸브를 포함하는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
2. The method of claim 1, wherein the first set of valves comprises a spool valve.
How to control the temperature of a space within a building.
제 4 항에 있어서, 상기 제2 밸브 세트는 상기 스풀 밸브 내에 포함되는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
5. The method of claim 4, wherein the second set of valves is contained within the spool valve.
How to control the temperature of a space within a building.
제 1 항에 있어서, 상기 2차 액체 루프에 부착되는 제2 팬 제어 유닛을 제공하는 단계를 더 포함하는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
2. The method of claim 1, further comprising the step of providing a second fan control unit attached to the secondary liquid loop.
How to control the temperature of a space within a building.
제 1 항에 있어서, 상기 압축기를 언로딩하고 또한 난방 모드와 냉방 모드 사이에서 상기 제1 밸브 세트와 상기 제2 밸브 세트를 주기적으로 순환시키는 단계를 더 포함하는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
2. The method of claim 1, further comprising unloading the compressor and periodically cycling the first set of valves and the second set of valves between a heating mode and a cooling mode.
How to control the temperature of a space within a building.
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법에 있어서,
(a) 액상 코일 및 팬을 갖는 팬 제어 유닛을 제공하는 단계, 상기 팬은 상기 액상 코일 위 및 상기 공간으로 공기를 송풍하도록 구성되고;
(b) 이하를 포함하는 마이크로 냉각기를 제공하는 단계,
(ⅰ) 압축기,
(ⅱ) 응축기,
(ⅲ) 팽창 밸브,
(ⅳ) 증발기, 및
(ⅴ) 상기 압축기에서 상기 응축기로, 상기 팽창 밸브로, 상기 증발기로, 다시 상기 압축기로, 냉각제를 순환시키도록 구성된 냉각제 순환 루프;
(c) 상기 건물을 통해 흐르는 1차 액체 루프를 제공하는 단계;
(d) 상기 마이크로 냉각기와 상기 팬 제어 유닛 사이에서 흐르는 2차 액체 루프를 제공하는 단계;
(e) 18 ℃와 26 ℃ 사이에서 상기 1차 액체 루프를 유지하는 단계;
(f) 상기 공간에 난방이 필요할 때 상기 증발기를 통해 상기 1차 액체 루프에서 액체를 순환시키고 또한 상기 응축기를 통해 상기 2차 액체 루프에서 액체를 순환시키는 단계;
(g) 상기 공간에 난방이 필요할 때 상기 증발기를 통해 상기 2차 액체 루프에서 액체를 순환시키고 또한 상기 응축기를 통해 상기 1차 액체 루프에서 액체를 순환시키는 단계를 포함하는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
A method of controlling the temperature of a space in a building, the method comprising:
(a) providing a fan control unit having a liquid coil and a fan, the fan configured to blow air over the liquid coil and into the space;
(b) providing a micro cooler comprising:
(i) a compressor;
(ii) a condenser;
(iii) an expansion valve;
(iv) an evaporator, and
(v) a coolant circulation loop configured to circulate coolant from the compressor to the condenser, to the expansion valve, to the evaporator, and back to the compressor;
(c) providing a primary liquid loop flowing through the building;
(d) providing a secondary liquid loop flowing between the micro cooler and the fan control unit;
(e) maintaining said primary liquid loop between 18 °C and 26 °C;
(f) circulating liquid in the primary liquid loop through the evaporator and in the secondary liquid loop through the condenser when the space requires heating;
(g) circulating liquid in the secondary liquid loop through the evaporator and in the primary liquid loop through the condenser when the space requires heating;
How to control the temperature of a space within a building.
제 8 항에 있어서, 20 ℃와 24 ℃ 사이에서 상기 1차 액체 루프를 유지하는 단계를 포함하는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
9. The method of claim 8 comprising maintaining the primary liquid loop between 20 °C and 24 °C.
How to control the temperature of a space within a building.
제 8 항에 있어서, 상기 1차 액체 루프 및 상기 2차 액체 루프는 물을 담고 있는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
9. The method of claim 8, wherein the primary liquid loop and the secondary liquid loop contain water.
How to control the temperature of a space within a building.
제 8 항에 있어서, 상기 증발기를 통한 흐름은 스풀 밸브에 의해 제어되는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
9. The method of claim 8, wherein flow through the evaporator is controlled by a spool valve.
How to control the temperature of a space within a building.
제 11 항에 있어서, 상기 응축기를 통한 흐름은 상기 스풀 밸브에 의해 제어되는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
12. The method of claim 11, wherein flow through the condenser is controlled by the spool valve.
How to control the temperature of a space within a building.
제 8 항에 있어서, 상기 2차 액체 루프에 부착되는 제2 팬 제어 유닛을 제공하는 단계를 더 포함하는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
9. The method of claim 8, further comprising providing a second fan control unit attached to the secondary liquid loop.
How to control the temperature of a space within a building.
제 8 항에 있어서, 상기 압축기를 언로딩하고 또한 난방 모드와 냉방 모드 사이에서 상기 마이크로 냉각기를 주기적으로 순환시키는 단계를 더 포함하는,
건물 내 공간의 온도를 제어하는 방법.
9. The method of claim 8, further comprising unloading the compressor and periodically cycling the microcooler between a heating mode and a cooling mode.
How to control the temperature of a space within a building.
건물 내 제1 공간 및 해당 건물 내 제2 공간의 온도를 독립적으로 제어하는 방법에 있어서,
(a) 제1 액상 코일 및 제1 팬을 갖는 제1 팬 제어 유닛을 제공하는 단계, 상기 제1 팬은 상기 제1 액상 코일 위 및 상기 제1 공간으로 공기를 송풍하도록 구성되고;
(b) 이하를 포함하는 제1 마이크로 냉각기를 제공하는 단계,
(ⅰ) 제1 압축기,
(ⅱ) 제1 응축기,
(ⅲ) 제1 팽창 밸브,
(ⅳ) 제1 증발기, 및
(ⅴ) 상기 제1 압축기에서 상기 제1 응축기로, 상기 제1 팽창 밸브로, 상기 제1 증발기로, 다시 상기 제1 압축기로, 냉각제를 순환시키도록 구성된 제1 냉각제 순환 루프;
(c) 상기 건물을 통해 흐르는 1차 액체 루프를 제공하는 단계;
(d) 상기 제1 마이크로 냉각기와 상기 제1 팬 제어 유닛 사이에서 흐르는 제1 2차 액체 루프를 제공하는 단계;
(e) 제2 액상 코일 및 제2 팬을 갖는 제2 팬 제어 유닛을 제공하는 단계, 상기 제2 팬은 상기 제2 액상 코일 위 및 상기 제2 공간으로 공기를 송풍하도록 구성되고;
(f) 이하를 포함하는 제2 마이크로 냉각기를 제공하는 단계,
(ⅰ) 제2 압축기,
(ⅱ) 제2 응축기,
(ⅲ) 제2 팽창 밸브,
(ⅳ) 제2 증발기, 및
(ⅴ) 상기 제2 압축기에서 상기 제2 응축기로, 상기 제2 팽창 밸브로, 상기 제2 증발기로, 다시 상기 제2 압축기로, 냉각제를 순환시키도록 구성된 제2 냉각제 순환 루프;
(g) 상기 제2 마이크로 냉각기와 상기 제2 팬 제어 유닛 사이에서 흐르는 제2 2차 액체 루프를 제공하는 단계;
(h) 18 ℃와 26 ℃ 사이에서 상기 1차 액체 루프를 유지하는 단계;
(i) 상기 제1 공간에 난방이 필요할 때 상기 제1 증발기를 통해 상기 1차 액체 루프에서 액체를 순환시키고 또한 상기 제1 응축기를 통해 상기 제1 2차 액체 루프에서 액체를 순환시키는 단계;
(j) 상기 제1 공간에 난방이 필요할 때 상기 제1 증발기를 통해 상기 제1 2차 액체 루프에서 액체를 순환시키고 또한 상기 제1 응축기를 통해 상기 1차 액체 루프에서 액체를 순환시키는 단계;
(k) 상기 제2 공간에 난방이 필요할 때 상기 제2 증발기를 통해 상기 1차 액체 루프에서 액체를 순환시키고 또한 상기 제2 응축기를 통해 상기 제2 2차 액체 루프에서 액체를 순환시키는 단계;
(l) 상기 제2 공간에 난방이 필요할 때 상기 제2 증발기를 통해 상기 제2 2차 액체 루프에서 액체를 순환시키고 또한 상기 제2 응축기를 통해 상기 1차 액체 루프에서 액체를 순환시키는 단계를 포함하는,
건물 내 제1 공간 및 해당 건물 내 제2 공간의 온도를 독립적으로 제어하는 방법.
In the method of independently controlling the temperature of the first space in the building and the second space in the building,
(a) providing a first fan control unit having a first liquid coil and a first fan, wherein the first fan is configured to blow air over the first liquid coil and into the first space;
(b) providing a first micro cooler comprising:
(i) a first compressor;
(ii) a first condenser;
(iii) a first expansion valve;
(iv) a first evaporator, and
(v) a first coolant circulation loop configured to circulate coolant from the first compressor to the first condenser, to the first expansion valve, to the first evaporator, and back to the first compressor;
(c) providing a primary liquid loop flowing through the building;
(d) providing a first secondary liquid loop flowing between the first micro cooler and the first fan control unit;
(e) providing a second fan control unit having a second liquid coil and a second fan, wherein the second fan is configured to blow air over the second liquid coil and into the second space;
(f) providing a second micro-cooler comprising:
(i) a second compressor;
(ii) a second condenser;
(iii) a second expansion valve;
(iv) a second evaporator, and
(v) a second coolant circulation loop configured to circulate coolant from the second compressor to the second condenser, to the second expansion valve, to the second evaporator, and back to the second compressor;
(g) providing a second secondary liquid loop flowing between the second micro cooler and the second fan control unit;
(h) maintaining said primary liquid loop between 18 °C and 26 °C;
(i) circulating liquid in the primary liquid loop through the first evaporator and in the first secondary liquid loop through the first condenser when heating is required in the first space;
(j) circulating liquid in the first secondary liquid loop through the first evaporator and in the primary liquid loop through the first condenser when heating is required in the first space;
(k) circulating liquid in the primary liquid loop through the second evaporator and in the second secondary liquid loop through the second condenser when heating is required in the second space;
(l) circulating liquid in the second secondary liquid loop through the second evaporator and circulating the liquid in the primary liquid loop through the second condenser when heating is required in the second space; doing,
A method of independently controlling the temperature of a first space within a building and a second space within the building.
제 15 항에 있어서, 20 ℃와 24 ℃ 사이에서 상기 1차 액체 루프를 유지하는 단계를 포함하는,
건물 내 제1 공간 및 해당 건물 내 제2 공간의 온도를 독립적으로 제어하는 방법.
16. The method of claim 15 comprising maintaining the primary liquid loop between 20 °C and 24 °C.
A method of independently controlling the temperature of a first space within a building and a second space within the building.
제 15 항에 있어서, 상기 1차 액체 루프 및 상기 2차 액체 루프는 물을 담고 있는,
건물 내 제1 공간 및 해당 건물 내 제2 공간의 온도를 독립적으로 제어하는 방법.
16. The method of claim 15, wherein the primary liquid loop and the secondary liquid loop contain water.
A method of independently controlling the temperature of a first space within a building and a second space within the building.
제 15 항에 있어서, 상기 증발기를 통한 흐름은 스풀 밸브에 의해 제어되는,
건물 내 제1 공간 및 해당 건물 내 제2 공간의 온도를 독립적으로 제어하는 방법.
16. The method of claim 15, wherein flow through the evaporator is controlled by a spool valve.
A method of independently controlling the temperature of a first space within a building and a second space within the building.
제 18 항에 있어서, 상기 응축기를 통한 흐름은 상기 스풀 밸브에 의해 제어되는,
건물 내 제1 공간 및 해당 건물 내 제2 공간의 온도를 독립적으로 제어하는 방법.
19. The method of claim 18, wherein flow through the condenser is controlled by the spool valve.
A method of independently controlling the temperature of a first space within a building and a second space within the building.
제 15 항에 있어서, 상기 2차 액체 루프에 부착되는 제2 팬 제어 유닛을 제공하는 단계를 더 포함하는,
건물 내 제1 공간 및 해당 건물 내 제2 공간의 온도를 독립적으로 제어하는 방법.
16. The method of claim 15, further comprising providing a second fan control unit attached to the secondary liquid loop.
A method of independently controlling the temperature of a first space within a building and a second space within the building.
KR1020227009852A 2019-08-26 2020-08-26 Heating, ventilation and air conditioning systems based on micro coolers KR20220052983A (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962891581P 2019-08-26 2019-08-26
US62/891,581 2019-08-26
US17/001,818 2020-08-25
US17/001,818 US11416013B2 (en) 2019-08-26 2020-08-25 Micro chiller-based heating, ventilation and air conditioning system
PCT/US2020/047888 WO2021041468A1 (en) 2019-08-26 2020-08-26 Micro chiller-based heating, ventilation and air conditioning system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220052983A true KR20220052983A (en) 2022-04-28

Family

ID=74683357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227009852A KR20220052983A (en) 2019-08-26 2020-08-26 Heating, ventilation and air conditioning systems based on micro coolers

Country Status (12)

Country Link
US (1) US11416013B2 (en)
EP (1) EP4022227A4 (en)
JP (1) JP2022548502A (en)
KR (1) KR20220052983A (en)
CN (1) CN114630993A (en)
AU (1) AU2020337910A1 (en)
BR (1) BR112022003737A2 (en)
CA (1) CA3149757A1 (en)
IL (1) IL290835A (en)
MX (1) MX2022002338A (en)
WO (1) WO2021041468A1 (en)
ZA (1) ZA202202165B (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11898769B2 (en) * 2020-05-08 2024-02-13 Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP Condenser fan rotation restriction system
CN112622563B (en) * 2020-12-18 2022-05-27 艾泰斯热系统研发(上海)有限公司 Indirect heat pump system
CN114413357B (en) * 2021-12-22 2023-05-16 珠海格力电器股份有限公司 Parameter determining method and related equipment for four-pipe system for air conditioner

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5040377A (en) * 1989-11-21 1991-08-20 Johnson Service Company Cooling system with improved fan control and method
US5921092A (en) * 1998-03-16 1999-07-13 Hussmann Corporation Fluid defrost system and method for secondary refrigeration systems
AUPR185700A0 (en) * 2000-12-01 2001-01-04 Turbocor Inc Variable capacity refrigerant-sourced heat pump
PL205308B1 (en) * 2001-05-16 2010-04-30 Uniflair Int Sa Air-conditioning system
CN1389689A (en) * 2001-06-01 2003-01-08 徐云生 Peak-regulating ground source heat pump system for accumulating energy with valley power
US20060010893A1 (en) * 2004-07-13 2006-01-19 Daniel Dominguez Chiller system with low capacity controller and method of operating same
US7890215B2 (en) 2006-12-22 2011-02-15 Duncan Scot M Optimized control system for cooling systems
KR20110056061A (en) * 2009-11-20 2011-05-26 엘지전자 주식회사 Heat pump type cooling/heating apparatus
US9423159B2 (en) 2009-12-21 2016-08-23 Trane International Inc. Bi-directional cascade heat pump system
JP5327308B2 (en) * 2011-09-30 2013-10-30 ダイキン工業株式会社 Hot water supply air conditioning system
US10048706B2 (en) * 2012-06-14 2018-08-14 Ecofactor, Inc. System and method for optimizing use of individual HVAC units in multi-unit chiller-based systems
JP6072076B2 (en) * 2012-12-20 2017-02-01 三菱電機株式会社 Air conditioner
JP5984703B2 (en) 2013-01-31 2016-09-06 三菱重工業株式会社 Control device and control method for heat source system and cooling water supply device
KR101623746B1 (en) * 2015-11-05 2016-05-24 주식회사 제이앤지 Second stage heating type geothermal heat system using geothermal energy
JP6742450B2 (en) * 2016-06-27 2020-08-19 ジョンソン コントロールズ テクノロジー カンパニーJohnson Controls Technology Company Compressor system, method of capacity control of chiller having compressor, and chiller
CN107741075A (en) * 2017-12-18 2018-02-27 罗良宜 A kind of ice-reserving heating double-purpose energy-saving air-conditioning device
CN108195007A (en) * 2018-01-15 2018-06-22 杭州微光电子股份有限公司 The air-conditioning system of Temperature and Humidity Control and Btu utilization

Also Published As

Publication number Publication date
CN114630993A (en) 2022-06-14
WO2021041468A1 (en) 2021-03-04
EP4022227A1 (en) 2022-07-06
US20210132640A1 (en) 2021-05-06
CA3149757A1 (en) 2021-03-04
JP2022548502A (en) 2022-11-21
MX2022002338A (en) 2022-09-29
ZA202202165B (en) 2023-04-26
BR112022003737A2 (en) 2022-05-31
IL290835A (en) 2022-04-01
EP4022227A4 (en) 2023-10-04
AU2020337910A1 (en) 2022-03-10
US11416013B2 (en) 2022-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220052983A (en) Heating, ventilation and air conditioning systems based on micro coolers
JP3886977B2 (en) Combined air conditioning system
US7591145B1 (en) Heat pump/direct expansion heat pump heating, cooling, and dehumidification system
US4300623A (en) Integrated multi-duct dual-stage dual-cooling media air conditioning system
US10101043B2 (en) HVAC system and method of operation
IL158663A (en) Air-conditioning system
AU2002310859A1 (en) Air-conditioning system
US4559788A (en) Air conditioning system and method
JP2006292313A (en) Geothermal unit
US20090139255A1 (en) Device for increasing the heat output and energy storage in a heat pump
KR102210920B1 (en) Capacity control type precision air conditioner capable of partial load dehumidification operation
US20230145658A1 (en) Micro Chiller-Based Heating, Ventilation and Air Conditioning System
EA043362B1 (en) METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE IN THE SPACE INSIDE A BUILDING
KR102257544B1 (en) Energy enhanced air-conditioning system and control method thereof
KR20220115839A (en) Electricity-saving air conditioner to reduce power consumption
Harvey Energy savings by treating buildings as systems
KR100556201B1 (en) Heat pump type air-conditioning and heating equipment
KR102574817B1 (en) Heat pump system with variable heat supply source
US20220090816A1 (en) Multi-air conditioner for heating, cooling, and ventilation
JPH0861703A (en) Central heat source type air conditioning system
US20240167703A1 (en) Hvac system using reheat from alternative heat source
Cox Heating, ventilating and air conditioning systems
KR102111585B1 (en) Oac system using waste heat from cooling water
US20240159402A1 (en) Heating, Ventilation, and Air Conditioning System and Method
Kavanaugh et al. Energy use of ventilation air conditioning options for ground source heat pump systems.